DE1030463B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen mit p-n-UEbergaengen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen mit p-n-UEbergaengen

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DE1030463B
DE1030463B DEL19512A DEL0019512A DE1030463B DE 1030463 B DE1030463 B DE 1030463B DE L19512 A DEL19512 A DE L19512A DE L0019512 A DEL0019512 A DE L0019512A DE 1030463 B DE1030463 B DE 1030463B
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monocrystalline semiconductor
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Dr Rer Nat Siegfried Poganski
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    • C30CRYSTAL GROWTH
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    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/16Heating of the molten zone
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    • C30B13/08Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the molten zone
    • C30B13/10Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the molten zone with addition of doping materials

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen mit p-n-Übergängen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen, beispielsweise aus Silizium, mit p- und n-leitenden Bereichen und diese verbindenden. p-n-Übergängen für Halbleiteranordnungen, insbesondere Halbleiterdioden und -trioden, die auch mittels Licht, Wärme, elektrische oder/uiid magnetische Felder gesteuert sein können.
  • Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen ist es möglich, bei der Kristallisation von Halbleiterkristallen eine Berührung des flüssigen Halbleiters mit Tiegelwänden zu vermeiden. Hierzu kann ein stabförmiger Halbleiterkörper an. seinen beiden Enden in senkrechter Lage gehalten und in einem Vakuumgefäß untergebracht werden. Unter Umständen, kann in das Vakuumgefäß ein inertes Gas eingelassen werden. Von dem Halbleiterkörper kann durch induktive Heizung eine Quersclinittzone geschmolzen und durch Bewegen. der Heizvorrichtung längs der Sta,bachse durch den Halbleiterkörper in Form einer flüssigen Zone geführt werden. Die flüssige Zone hält sich zwischen den beiden festen Stabteilen des Halbleiterkörpers infolge der verhältnismäßig hohen Oberflächenspannung des flüssigen Halbleiters. An der einen Grenze von festem und flüssigem Halbleiter wird der feste Halbleiterkörper durch die sich bewegende Heizvorrichtung zum Schmelzen gebracht. An der anderen Grenze von festem und flüssigem Halbleiter kristallisiert der H@ilbleiterlcrista,ll aus der flüssigen Zone.
  • Besteht die Heizvorrichtung aus einer induktiv erhitzten Spule oder einem nur eine Windung derselten darstellenden Ring, die eine Zone des Ha,lbleitorkörpers durch Wärmestrahlung verflüssigen kann, so bilden die meist sehr hoch erhitzten Teile der Heizvorrichtung eine störende Quelle für das Einschleppen von Spuren von Verunreinigungen. Derselbe Nachteil kann auch bei anderen nicht von dem Halbleiterkörper räumlich getrennten, z. B. durch elektrische Stromwärme erhitzten Metallkörpern auftreten, die als Wärmestrahler das Schmelzen einer Zone des Halbleiterkörpers bewirken sollen.
  • Bei der Herstellung von Halbleiterkristallen kann als Halbleiterkörper auch ein aus mehreren Halbleiterstücken zusammengesetzter Körper verwendet werden. Während des Durchwanderns einer flüssigen Zone durch den Halbleiterkörper wird dieser durch Schmelzen und Kristallisieren in einen Halbleiterkristall übergeführt, wobei dem Halbleiterkörper Elektronen oder Defektelektronen abgebende Stoffe an einem Ende des Halbleiterkörpers gleichzeitig mit dem Schmelzvorgang zugegeben oder vor dem Schmelzvorgang auf den Halbleiterkörper aufgeschmolzen werden können. Die Elektronen- oder Defektelektronenleitung bewirkenden Stoffe werden in den Halbleiterkristall bei der Kristallisation des Halbleiterkörpers eingebaut. Hierbei gibt die flüssige Zone die in dieser enthaltenen und die elektrische Leitung kennzeichnenden Stoffe entsprechend deren Verteilungskoeffizienten an den festen Halbleiterkristall ab.
  • Halbleitereinkristalle können wie folgt hergestellt werden. An einem Ende wird zu einem Halbleiterkörper ein. Einkristall hinzugefügt. Es wird eine Zone geschmolzen, die einen, Teil des Einkristalls verflüssigt und zum restlichen Teil aus dem Halbleiterkörper besteht. Diese geschmolzene Zone läßt man nun den Halbleiterkörper durchwandern. Von dem als Keim wirkenden Einkristall an dem einen Ende des Halbleiterkörpers ausgehend, kristallisiert dann hinter der flüssigen Zone der Halbleiter, einkristallin.
  • Es ist bekannt, Halbleitereinkristalle mit p- und n-leitenden Teilen und dazwischenliegenden p-n-Über.-gängen durch Ziehen des Kristalls aus der Schmelze herzustellen. Hierzu wird ein. Keimkristall in eine Schmelze eingetaucht und dann langsam hochgezogen. Die Schmelze besteht aus gereinigtem Halbleiterniaterial und einem geringen Zusatz eines beispielsweise Elektronenleitung bewirkenden Stoffes. Während des Ziehvorganges wird ein Defektelektronenleitung bewirkender Stoff in solcher Dosierung zugegeben werden, daß der Halbleiterkristall von diesem Zeitpunkt ab eine die Konzentration des Elektronenleitung bewirkenden Stoffes übersteigende Menge des Defektelektronenleitung bewirkenden. Stoffes aufnimmt. Bei diesem Verfahren erfolgt jedoch die Herstellung auf einem Wege, bei dem die Tiegelwände als Quelle für Verunreinigungen des Halbleiters wirken, insbesondere da durch die erforderlichen hohen Temperaturen die Reaktionsfähigkeit beträchtlich gesteigert wird.
  • Deos weiteren ist bekannt; mittels eines oder mehrerer Elektronenstrahlen Halbleiterstoffe zu schmelzen, um hiermit das Schmelzgut, insbesondere pulverförmiges Material, das auf einer geeigneten Unterlage aufgeschüttet ist, zu verflüssigen, wobei in erster Linie dem Schmelzgut und erst in zweiter Linie der Unterlage Wärme zugeführt wird.
  • Gemäß der Erfindung wird zur Herstellung von Halbleitereinkristallen mit p- und n-leitenden Bereichen und diese verbindenden p-n-Übergängen so verfahren, daß kreiszylindrische Halbleiterscheiben aus p-leitendem einkristallinem Material und kreiszylindrische Halbleiterscheiben aus n-1eitendem poly-oder einkristallinem Material zu einem abwechselnd p- und n-leitenden kreiszylindrischen Halbleiterkörper aufgeschichtet werden, daß nacheinander solche Zonen mittels eines Elektronenstrahles geschmolzen werden, die eine Berührungsfläche der Halbleiterscheiben enthalten, und daß diese verflüssigten Zonen mittels einer Relativbewegung zwischen Elektronenstrahl bzw. -einrichtung und Halbleiterkörper jeweils in bzw. durch diejenigen Halbleiterscheiben. geführt werden, die an die geschmolzenen Zonen grenzen..
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, geht von p-leitenden einkristallinen und n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben aus. Dieses Ausgangsmaterial kann nach bekannten, Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können einkristalline p-leitende Halbleiterkristalle und polt'- oder einkristalline n-leitende Halbleiterkristalle aus der Schmelze mit mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischer Gestalt gezogen und nachfolgend z. B. mit Hilfe einer Diamantsäge in Halbleiterscheiben zerlegt werden. Die Zerlegung kann besonders zweckmäßig mittels Elektronenstrahles durchgeführt werden. Dem Halbleiter können während des Ziehens der Halbleiterkristalle bestimmte, die elektrische Leitung kennzeichnende Stoffe zugefügt werden.
  • Insbesondere können Halbleiterscheiben vorteilhaft durch Formguß mit mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischer Gestalt hergestellt werden. Dem vor dem Guß flüssigen Halbleiter läßt sich, dann ein Elektronenleitung bewirkender Stoff einfach zuführen. In den gegossenen Ha,lb-leiterscheiben etwa auftretende Unregelmäßigkeiten der Verteilung des Elektronenleitung bewirkenden. Stoffes wirken sich nämlich bei ihrer Verwendung für das erfindungsgemäße Verfahren nicht nachteilig aus, da die Kristallisation mittels der flüssigen Zone eine bereits in dem Halbleiterkörper vorhandene Verteilung zu glätten, vermag. Durch die Verwendung von durch Gießen hergestellten Halbleiterscheiben oder von Halbleiterscheiben., die auch aus den Gußstücken erst durch eine Teilung gewonnen sein können, für das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt sich eine vorteilhafte Nutzungsmöglichkeit des Gießens von Halbleiterstücken, denn bei den hohen Anforderungen an die Güte der Halbleiterkristalle für Halbleitervorrichtungen, wie z. B. Kristalldioden oder -trioden, können durch Gießen hergestellte Halbleiterstücke für derartigeHalbleiteranw@endungennicht inFragekommen.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst eine Berührungsfläche einer einkristallinen p-leitenden und einer polt'- oder einkristallinen n-leitenden Halbleiterscheibe enthaltenden Zone geschmolzen und in bzw. durch die an die geschmolzene Zone angrenzende n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe geführt. Nunmehr wird ebenso mit einer zweiten Zone verfahren usf. Erfolgt die Halterung des Halbleiterkörpers in senkrechter Lage und durch Einspannen. oder eine andere Art der Befestigung der Endscheiben des Halbleiterkörpers, so wird zweckmäßig zunächst eine Zone geschmolzen, die die Berührungsfläche von der z. B. eingespannten Halbleiterscheibe am oberen Ende des Halbleiterkörpers und der nächstfolgenden Halbleiterscheibe enthält. Bei einer Reihe von Durchführungsbeispielen durchwandert diese flüssige Zone jeweils die ganze n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe. Hierbei wird zweckmäßig diese flüssige Zone so weit geführt, daß von ihr auch noch eine verhältnismäßig dünne Schicht der nächstfolgenden, beispielsweise p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe verflüssigt wird. Hat diese flüssige Zone die zweite Berührungsfläche erreicht, dann läßt man sie dort durch Abkühlung kristallisieren. Wird dagegen die erste flüssige Zone nicht bis zur nächsten (zweiten.) Berührungsfläche geführt, dann wird die zweite Zone so geschmolzen, daß sie die zweite Berührungsfläche enthält. Entsprechend erfassen die weiteren Zonen beim Schmelzen oder beim Durchwandern durch die jeweiligen Halbleiterscheiben die weiteren. Berührungsflächen. Auf diese Weise wird erreicht, daß der obere Teil der Halterung einen. Teil des Halbleiterkörpers festhält, der während des ganzen Verfahrens immer aus einem Stück besteht. Dadurch wird eine vorteilhafte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht. Es hat sich nämlich als günstig erwiesen., während des Durchwanderns der flüssigen Zonen durch die Halbleiterscheiben den kristallisierten Teil des Halbleiterkörpers eine Rotationsbewegung oder eine hin- und hergehende Kreisbewegung - ähnlich einer Drehschwingung - ausführen zu lassen. Die Drehbewegung des kristallisierten Teiles des Halbleiterkörpers kann durch eine Drehbewegung des unter der flüssigen Zone befindlichen Teiles des Halbleiterkörpers unterstützt werden. Eine Drehbewegung des Halbleiterkörpers begünstigt einen guten Wuchs der Halbleiterkristalle. Die Rotations-oder Drehbewegung des Halbleiterkörpers bzw. der Teile hiervon ist eine Relativbewegung des Halbleiterkörpers in bezug auf Elektronenstrahl bzw. -einrichtung, ähnlich der Relativbewegung zur Führung der flüssigen Zone durch den Halbleiterkörper, jedoch mit dem Unterschied, daß letztere eine Translationsbe"vegung darstellt.
  • Das Schmelzen von Zonen mittels Elektronenstrahles erweist sich als besonders vorteilhaft, was nicht ohne weiteres zu erwarten war, da der erforderliche Zusammenhalt der flüssigen Zone durch die Oberflächenspannung gegen Störungen sehr empfindlich ist. Es ist nämlich günstig, Zonen von verhältnismäßig kleiner Höhe schmelzen und durch den Halbleiterkörper führen zu können. Zonen verhältnismäßig kleiner Höhe ermöglichen eine besonders sichere Beherrschung der Herstellung von Halbleitereinkristallen mit p- und n-leitenden Bereichen verhältnismäßig kleiner Ausdehnung senkrecht zu den diese verbindenden und Ebenen darstellenden p-n-Übergängen. Für die Qualität der Halbleitereinkristalle kommt es vor allem auf die p-n-Übergänge an, und zwar auf die Ausdehnung dieser Übergangsgebiete des Leitungstyps und auf den dort vorliegenden Verlauf der Konzentration der Elektronen- und Defektelektronenleitung bewirkenden Stoffe und ferner auf eine möglichst wenig Gitterstörungen enthaltende Kristallisation. Das Schmelzen einer Zone und das Führen dieser flüssigen Zone durch den Halbleiterkörper kann zweckmäßig mit Hilfe mehrerer Elektronenstrahlen vorgenommen werden. Allerdings gibt es Beispiele, bei denen die Verwendung eines Elektronenstrahles vorgezogen werden kann.' Eine mittels Elektronenstrahles geschmolzene Zone kann durch eine oder mehr als eine Halbleiterscheibe geführt werden, indem beispielsweise der Halbleiterkörper bezüglich einer Translation in Richtung der Zylinderachse des Halbleiterkörpers feststehend angeordnet wird. und ein, oder mehrere Elektronenstrahlen langsam, z. B. mit einer Geschwindigkeit von der Größenordnung mm/min, in Richtung der Zylinderachse des Halbleiterkörpers bewegt werden. Die Bewegung der Elektronenstrahlen - oft ist die Anwendung mehrerer Elektronenstrahlen gegenüber der eines einzigen Elektronenstrahles vorteilhafter - kann durch Ablenkung der Elektronenstrahlen mittels elektrischer oder/und magnetischer Felder erzeugt werden. Die Elektronenstrahlablenkung eignet sich besonders für die Führung der flüssigen Zone durch eine Halbleiterscheibe. Die Bewegung der Elektronenstrahlen kann aber auch durch eine mechanische translatorische Bewegung der Elektronenstrahleinrichtung in Richtung der Zylinderachse des Halbleiterkörpers bewirkt werden.. Diese Art der Bewegung kann gleichfalls dazu verwandt werden, eine flüssige Zone durch den Halbleiterkörper wandern zu lassen. Sehr vorteilhaft kann, diese Bewegungsart der Elektronenstrahlen dann eingesetzt werden, wenn diese über Halbleiterscheiben laufen oder laufen würden, die nicht von einer flüssigen Zone durchwandert werden sollen, wie dies z. B. für die p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben der Fall ist, die nur an ihren Berührungsflächen mit den benachbarten n-leitenden poly- oder einkristallinen Halbleiterscheiben von einer flüssigen Zone erfaßt werden. Beispielsweise können die Elektronenstrahlen in diesen Bewegungsabschnitten in ihrer Intensität geschwächt werden, z. B. durch Blenden, Ablenkung, Drosselung oder andere Mittel, so daß sie den von ihnen getroffenen Halbleiter nicht mehr schmelzen und erforderlichenfalls auch durch bloße Erwärmung in seinen elektrischen Eigenschaften nicht merklich beeinflussen. Die Einwirkung der Elektronenstrahlen kann in diesen Bewegungsabschnitten jedoch auch völlig unterbunden werden. Besonders zweckmäßig ist eine Bewegung der Elektronenstrahlen, die zu einem Teil aus der Elektronenstrahlablenkung und zum anderen Teil aus der mechanischen Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung besteht. An die Stelle der Bewegung der Elektronenstrahleinrichtung kann auch die Bewegung des Halbleiterkörpers relativ zur Elektronenstrahleinrichtung treten.
  • Neben dem Vorteil einer vorzüglichen Führungsmöglichkeit der Elektronenstrahlen. und damit auch der flüssigen Zonen bietet die erfindungsgemäße Verwendung der Elektronenstrahlen bzw. eines Elektronenstrahles den ebenfalls besonders wichtigen Vorzug einer absolut reinen, d. h. kein Einschleppen von Verunreinigungen in den Halbleiter ermöglichenden Heizvorrichtung zum Herstellen und Führen, von flüssigen Zonen oder zumindest einer Heizvorrichtung, die nur mit einer unter der Grenze der Feststellbarkeit liegenden Verunreinigungswirkung behaftet sein könnte.
  • Für die einwandfreie Kristallisation und den hierbei stattfindenden Einbau von den die elektrische Leitung kennzeichnenden Stoffen mit Hilfe von flüssigen Zonen ist die Temperatur der flüssigen Zonen besonders wichtig. Es kommt hierbei entscheidend auf die Temperaturkonstanz bzw. die sehr genaue Veränderung der Temperatur an. Die erfindungsgemäße Verwendung von Elektronenstrahlen bietet den Vorteil einer nahezu trägheitslosen Regelung der Elektroneneinstrahlung und damit eine wesentliche Verbesserung der Temperaturregelung der flüssigen Zonen gegenüber den Heizvorrichtungen des bekannten tiegelfreien Zonenschmelzverfahrens.
  • Die für den Halbleiterkörper zu verwendenden Halbleiterscheiben können vorteilhaft eine konstante Verteilung der Elektronen- oder Defektelektronenleitung bewirkenden Stoffe enthalten. Durch die Kristallisation, die hinter der flüssigen Zone nachfolgt, wird in dem Anfangsbereich der zu kristallisierenden Scheibe aus der konstanten Verteilung eine auf den Wert der konstanten Verteilung anwachsende Verteilung erzeugt. Der Anstieg hängt von den für die elektrische Leitung der Halbleiter zugegebenen Stoffen ab und erfolgt bei vielen derartigen Stoffen nur sehr langsam. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann dieser in das Gebiet der p-n-Übergänge fallendeKonzentrationsanstiegverhältnismäßig steil und daher die Ausdehnung der p-n-Übergänge entsprechend klein gemacht werden. Die Ausdehnung der p-n-Übergänge läßt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach durch die Bemessung der Höhe der flüssigen Zone bestimmen.
  • Weiterhin ist es für die. Herstellung von sogenannten n-p-n- Halbleitereinkristalleu wichtig, Zonen verhältnismäßig kleiner Höhe erzeugen zu können. Die p-leitende einkristalline Halbleiterscheibe, die jeweils mit zwei n-leitenden poly- oder einkristallinen Halbleiterscheiben verbunden ist, weist zweckmäßig nämlich nur eine verhältnismäßig geringe Höhe auf. Gemäß der Erfindung werden von einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe von verhältnismäßig geringer Höhe zweckmäßig nur zwei wiederum verhältnismäßig kleine Schichten geschmolzen. Elektronenstrahlen oder auch ein einzelner Elektronenstrahl eignen sich hierzu besonders zufolge der Möglichkeit, diese durch elektronenoptische Abbildungsmittel auf die zu schmelzenden Zonen zu konzentrieren. Eine gute Abbildung durch elektrische oder magnetische Felder gestattet Elektronenstrahlen hoher Intensität zur Anwendung zu bringen und diese sehr genau einzustellen bzw. zu. bewegen.
  • Die Höhe der, durch Elektronenstrahlen geschmolzenen flüssigen Zonen wird zweckmäßig kleiner als die Höhe der Halbleiterscheiben gewählt; sie kann für einzelne Durchführungsbeispiele jedoch auch günstig größer als die Höhe der p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben gewählt werden. Für viele Durchführungsbeispiele bietet es Vorteile, die Höhe der n-leitenden poly- oder einkristallinen Halbleiterscheiben mindestens etwa doppelt so groß als die Höhe der flüssigen Zonen zu wählen. Diese Maßnahme ergibt eine sehr praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn flüssige Zonen von zwei Seiten, also von den beiden Berührungsflächen mit den benachbarten Halbleiterscheiben her in eine n-leitende poly- oder einkristalline Halbleiterscheiibe geführt werden. Bei diesen Durchführungsbeispielen ist es nun sehr einfach möglich und zweckmäßig, die flüssigen Zonen etwa bis zur Mitte der Höhe der n-leitenden poly- oder einkristallinen Halbleiterscheiben zu führen. Nach diesen Durchführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich sogenannte n-p-n-Halbleitereinkristalleherstetien, deren n-leitende Bereiche eine Ausdehnung senkrecht zu den zweckmäßig Ebenen darstellenden, p-n-übergängen aufweisen, die daher angenähert mit der halben Höhe der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben übereinstimmt, bei anderen Durchführungsbeispielen ist dies keineswegs immer der Fall (vgl. hierzu beispielsweise das an Hand der Fig. 3 erläuterte Beispiel).
  • Es bedeutet häufig eine beträchtliche Vereinfachung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Höhen der p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben alle angenähert gleich zu wählen. Zweckmäßig können die Höhen der n, leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben ebenfalls alle gleich gewählt werden. Die Höhen. der mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischen Halbleiterscheiben werden für die Herstellung von Halbleitereinkristallen mit einem p- und zwei n-leitenden. Bereichen und zwei diese verbindenden p-n-trbergängen kaum gleich groß gewählt werden; zweckmäßig wird die Höhe der p-leitenden. einkristallinen Halbleiterscheiben. wesentlich kleiner als die Höhe der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben gewählt. Für die Herstellung von Halbleitereinkristallen mit einem p- und einem n-leitenden Bereich und einem diese Bereiche verbindenden p-n-Übergang kann ein Wert für die Höhen aller Halbleiterscheiben festgelegt werden, denn diese Festlegung kann eine vorteilhafte Vereinfachung für die Fertigung der Halbleiterscheiben ergeben, wie es insbesondere der Fall sein wird, wenn sowohl die p-leitenden als auch die n-leitenden Halbleiterscheiben aus Einkristallen gefertigt werden.
  • Die Güte- der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Kristalle aus Silizium kann besonders verbessert werden, indem p-leitende einkristalline Halbleiterscheiben von mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischer Gestalt verwendet werden, bei denen die Zylinderachse mit der [110]- oder [111]-Achse des Kristallgitters übereinstimmt oder angenähert übereinstimmt. Die [110]- oder [111]-Achse stellt für Siliziumkrista,lle eine bevorzugte Wachstumsrichtung dar. In diesen Richtungen wachsende Kristalle werden nur verhältnismäßig geringe Gitterstörungen aufweisen; sie eignen sich daher für Halbleiteranwendungen besonders.
  • Für die Herstellung von p-n-Übergängen, insbesondere von steilen p-n-Übergängen, ist es günstig, so zu verfahren, daß die eine Berührungsfläche der Halbleiterscheiben enthaltende Zonen jeweils mit einem solchen Volumen und in einer derartigen Lage in bezug auf die Berührungsflächen geschmolzen werden, daß der Anteil einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe an dem Volumen einer geschmolzenen Zone höchstens etwa ein Zehntel und der Anteil einer n-leitenden polt'- oder einkrista,llin.en Halbleiterscheibe mindestens etwa neun. Zehntel beträgt. Die Steilheit der nach dein erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden p-n-Übergänge kann außerdem noch dadurch verbessert werden, daß die n-leitenden poly-oder einkristallinen Halbleiterscheiben, in welche bzw. durch welche eine flüssige Zone geführt wird, eine höhere, insbesondere eine erheblich höhere Konzentration an Elektronenleitung bewirkenden. Stoffen zugesetzt erhalten als die Konzentration, die für die p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben. gewählt wird. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren: Einkristalle mit p-n-Übergängen erzeugt werden können, deren p-leitende und n-leitende Bereiche voneinander völlig unabhängige Konzentrationen an Defektelektronen- bzw. Elektronenleitung bewirkenden Stoffe gegeben werden können. Der Zusatz der Elektronenleitung bewirkenden Stoffe zu dem Halbleitermaterial wird nämlich nicht in ein und demselben Verfahren vorgenommen, das dazu dient, die Einkristallstruktur des den p-n-Übergang erhaltenden Halbleiterkörpers zu erzeugen.
  • In den Fig. 1, 2 und 3 sind in zum Teil schematischer Darstellung Beispiele für Anordnungen zur beispielsweisen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeichnet. In allen Figuren sind Schnitte in Längsrichtung wiedergegeben, wobei Fig. 1 zur Erläuterung von Durchführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für Halbleitereinkristalle mit einem p- und einem n-leitenden Bereich und einem diese Bereiche verbindenden p-ii-Übergang und die Fig. 2 und 3 zur Erläuterung von Durchführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für Halbleitereinkristalle mit einem p- und zwei n-leitenden Bereichen und zwei diese verbindenden p-n-Übergängen dienen können.
  • Fig. 1 zeigt einen abwechselnd p- und n-leitenden Halbleiterkörper von mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischer Gestalt. Er besteht aus aufeinandergeschichteten p-leitenden einkristallinen und mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischen Halbleiterscheiben 1 und n-leitenden polt'- oder einkristallinen und mindestens nahezu senkrecht kreiszylindrischen Halbleiterscheiben 2. Das Vakuumgefäß, in dem sich der Halbleiterkörper 1-2 und gegebenenfalls die übrigen Einrichtungen befinden, wurde nicht mitgezeichnet. Mittels einer zweiteiligen Halterung 3 wird der Halbleiterkörper 1-2 an seinen beiden Enden gehalten, und zwar günstig in senkrechter Lage. In Fig. 1 ist ein Zeitpunkt der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens festgehalten, zu dem eine -flüssige Zone 4 gerade eine n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe 2 durchwandert. Eine die flüssige Zone 4 erzeugende Elektronenstrahleinrichtung ist beispielsweise durch zwei Elektronenquellen 5, zwei elektronenoptische Abbildungsmittel 6 und zwei Ablenkinittel 7 dargestellt. Die Berührungsflächen der p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben 1 und der n-leitenden polt'- oder einkrista,lline-n Halbleiterscheibe 2 sind von oben, nach unten fortlaufend und mit 10 beginnend mit Zahlen bezeichnet (10, 11, 12, 13, 14, 15 ... ).
  • In dem Durchführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Halbleiterkörper 1-2 bezüglich einer Translationsbewegung feststehend angeordnet. Der obere (feste) Teil des Halbleiterkörpers 1-2 führt eine Rotationsbewegung aus, deren Drehsinn durch den über dem Halbleiterkörper 1-2 gezeichneten gekrümmten Pfeil angezeigt wird und dessen Rotationsgeschwindigkeit größenordnungsmäßig 100 U/min betragen kann. Der untere (feste) Teil des Halbleiterkörpers 1-2 soll sich in Ruhe befinden. Die Führung der flüssigen Zonen 4 durch die n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 kann durch mechanische Tra,nslationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 in Richtung des über der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 gezeichneten geraden Pfeiles oder/und durch Elektronenstrahlablenkung mittels der Ablenkmittel 7 erfolgen. In Fig.1 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Führung der flüssigen Zonen 4 vorzugsweise durch z. B. elektrische Ablenkung der Elektronenstrahlen bewirkt wird. Für das Durchwandern einer flüssigen Zone 4 durch eine n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe 2 kann zweckmäßig die Elektronenstrahlablenkung eingesetzt werden, während für das Heranbringen der Elektronenstrahlen an die einzelnen, n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 die mechanische Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 vorteilhaft vorgesehen werden kann. Bei einer verhältnismäßig großen Zahl aufeinandergeschichteter Halbleiterscheiben 1 und 2 kann nämlich -der Halbleiterkörper- 1-2 eine solche Höhe erreichen, daß die Ablenkmittel 7 der Elektronenstrahlen nicht mehr ausreichen, diese zu allen n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 des Halbleiterkörpers 1-2 zu führen.
  • Beispielsweise kann die aus Elektronenstrahla.blenkung und mechanischer Transla,tionsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 zusammengesetzte Führung der flüssigen Zonen 4 durch die n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 wie folgt durchgeführt werden. Die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 wird in Höhe der Berührungsfläche 10 festgehalten, während die Elektronenstrahlen eine diese Berührungsfläche enthaltende Zone 4 schmelzen und mittels Ablenkung diese flüssige Zone 4 durch die von den Berührungsflächen 10 und 11 begrenzte n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe 2 wandern lassen. Hat die flüssige Zone 4 die Berührungsfläche 11 erreicht, so wird. die Elektroneneinstrahlung ausreichend geschwächt oder vollständig unterbunden, damit die in ihrer Endstellung die Berührungsfläche 11 enthaltende flüssige Zone 4 abkühlen kann. Nunmehr wird die Elektronenstrahleinrich.tung 5 bis 7 bis in Höhe der Berührungsfläche 12 gebracht, um dort nach der Kristallisation der bis zur Berührungsfläche 11 geführten flüssigen Zone eine die Berührungsfläche 12 enthaltende Zone 4 zu schmelzen. Derart wiederholt sich das Zusammen;-,virken von Elektronenstrahlablenkung und mechanischer Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7, bis die letzte n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe 2 kristallisiert ist.
  • Die Führung der flüssigen Zonen 4 kann jedoch auch allein durch eine Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 vorgenommen werden. Indem die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 zunächst in Höhe der Berührungsfläche 10 feststehend angeordnet wird" kann eine diese Berührungsfläche enthaltende Zone 4 geschmolzen, werden. Durch eine Translationsbewe-gung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 in Richtung des geraden Pfeiles läßt man diese flüssige Zone 4 die durch die Berührungsflächen 10 und 11 begrenzte n-leitend.e polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe 2 durchwandern. An der Berührungsfläche 11 kann die Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 so lange angehalten werden, bis die Elektroneneinstrahlung auf die flüssige Zone 4 bzw. auf den Halbleiterkörper 1-2 genügend geschwächt oder vollständig unterbunden ist und die flüssige Zone 4 kristallisieren kann. Die nächste Phase der Relativbewegung besteht darin, die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7, ohne in der von den Berührungsflächen 11 und 12 begrenzten p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe 1 eine flüssige Zone zu schmelzen oder zu führen, bis in Höhe der Berührungsfläche 12 zu bringen und dort zum Schmelzen einer diese Berührungsfläche enthaltenden flüssigen Zone 4 festzuhalten. Durch Fortsetzung der Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 kann nun diese flüssige Zone 4 von der Berührungsfläche 12 bis zur Berührungsfläche 13 geführt werden, wo diese flüssige Zone 4 zur Kristallisation gebracht wird. Ohne eine fliissig, Zone zu schmelzen, rückt die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 dann von der Berührungsfläche 13 bis zur Berührungsfläche 14 weiter. Entsprechend der Zahl der Halbleiterscheiben 1 und 2 wird die beschriebene abschnittsweise Führung von flüssigen Zonen 4 fortgesetzt, bis sämtliche n-leitetide polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 einkristallin tnit p-leitenden, einkristallinen Halbleiterscheiben 1 verbunden sind.
  • In Fig. 1 ist eine flüssige Zone 4 gezeichnet, die durch die von den Berührungsflächen 14 und 15 begrenzte n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheibe 2 wandert. Sie wurde so geschmolzen, daß sie diel Berührungsfläche 14 enthielt, und wird als flüssige Zone 4 so weit geführt, bis sie die Berührungsfläche 15 aufnimmt. Durch Abkühlung läßt man sie dort kristallisieren. Sowohl beim Schmelzen als auch beim Kristallisieren kann die Zone 4 eine solche Grenzlage einnehmen, bei welcher die Anteile der p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben 1 an dem Volumen der Zone 4 jeweils höchstens etwa ein Zehntel und die Anteile der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 jeweils mindestens etwa neun Zehntel erreichen.
  • Die Kristallisation der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 beseitigt die Berührungsflächen 10, 11; 12, 13, 14, 15... zwischen den Halbleiterscheiben 1 und 2 und erzeugt dafür Grenzflächen von zusammenhängenden p- und n-leitenden Bereichen. Die Berührungsflächen 10, 12, 14 ... werden in einkristalline p-n-Übergänge übergeführt, während die Berührungsflächen 11, 13, 15 ... in p-nübergänge gestörter Einkristallstruktur und gestörter Verteilung der Elektronen- und Defektelektronen.leitung bewirkenden Stoffe übergeführt werden. Nachdem durch alle n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 flüssige Zonen, 4 geführt worden sind, wird der Halbleiterkörper 1-2 längs der Flächen, die an Stelle der Berührungsflächen 11, 13, 15 ... getreten sind, insbesondere mittels Elektronenstrahles durchschnitten. Die so erhaltenen Halbleitereinkristalle weisen einen p- und einen n-leitenden Bereich und einen diese Bereiche verbindenden p-n-Übergang auf.
  • Für einzelne Durchführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es zweckmäßig sein., voranstehende Beispiele dahingehend abzuändern bzw. zu ergänzen, daß z. B. die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 bezüglich einer Translationsbewegung feststehend angeordnet wird und der Halbleiterkörper 1-2 eine Translationsbewegung ausführt. Der Halbleiterkörper 1-2 kann auch als Ganzes relativ zu der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 eine Rotationsbewegung ausführen. Unter bestimmten Voraussetzungen könnte auch eine Rotationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung oder/und eine radiale Ablenkung der Elektronenstrahlen, gegebenenfalls als Ergänzung der axialen. Ablenkung, vorgesehen werden.
  • Bei der an Hand der Fig. 1 gegebenen Erläuterung dieses Durchführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Reihe von. Einzelheiten nicht erwähnt, wenn sie sich aus der Kenntnis des übrigen Teiles der Beschreibung für die Vervollständigung der Erläuterung ohne weiteres ergeben.
  • Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Halbleiterkörper 1-2, die Halterung 3, eine flüssige Zone 4 und eine Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 (Elektronenquellen 5, elektronenoptische Abbildungsmittel 6 und Elektronenstrahlablenkmittel 7). An weiteren Bezeichnungen wurden in Fig. 2 eingetragen: Die Berührungsflächen 10, 11, 12, 13, 14, 15 ... und die ungefähren Mitten 20, 21, 22 ... der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 des Halbleiterkörpers 1-2. Wie in obigem Fig. 1 entsprechenden Beispiel soll der untere (feste) Teil des Halbleiterkörpers 1-2 sich in Ruhe befinden und der obere (feste) Teil lediglich eine durch den gekrümmten Pfeil angezeigte Rotationsbewegung ausführen; die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 führt eine Translationsbewegung aus, deren Richtung durch den geraden Pfeil angezeigt wird.
  • Bei der Erläuterung des Durchführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand der Fig. 2 wird eine Reihe von Einzelheiten nicht mehr wiederholt, die sich aus der Kenntnis des übrigen Teiles der Beschreibung, insbesondere des der Fig. 1 entsprechenden Durchführungsbeispieles, für die Vervollständigung der Erläuterung ohne weiteres ergeben.
  • Fig. 2 gibt einen Zeitpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder. in dem eine flüssige Zone 4 bereits von der Berührungsfläche 10 zur angenäherten Mitte 20 einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe 2, eine dritte flüssige Zone 4 von. der Berührungsfläche 11 zur angenäherten Mitte 21 einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe 2 und eine von der Berührungsfläche 12 zur angenäherten Mitte 21 einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe 2 gewandert ist, und eine vierte flüssige Zone 4 von der Berührungsfläche 13 zur Mitte 22 einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe 2 geführt wird. In diesem Durchführungsbeispiel erfolgt die Führung der flüssigen Zonen 4 nicht nur in einer Richtung -von oben. nach unten =, sondern sowohl nach unten als auch nach oben. Wird -die Führung der flüssigen Zonen 4 durch die n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 durch Elektronenstrahlablenkung bewirkt, so ergibt sich eine vorteilhafte Vereinfachung der mechanischen Translationsbewegung der Elektronenstrahlein:richtung 5 bis 7. Diese Translationsbewegung kann nämlich wie bei obigem Fig. 1 entsprechenden Beispiel immer in der gleichen Richtung - von oben nach unten - erfolgen, was für die Hilfseinrichtung eine apparative Vereinfachung bedeutet. Nachdem alle p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben 1 nach oben und nach unten einkristallin mit n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 verbunden sind, wird der Halbleiterkörper 1-2 längs der Mitten 20, 21, 22 ... der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2, insbesondere mittels Elektronenstrahles durchschnitten. Auf diese Weise erhält man Halbleitereinkristalle mit einem p- und zwei n-leitenden Bereichen und -zwei diese verbindenden p-n-Übergänge. Die Steilheit der p-n-Übergänge kann wie bei der Herstellung der Halbleitereinkristalle mit einem p- und einem n-leitenden Bereich und einem diese Bereiche verbindenden p-n-Übergang beeinflußt werden.
  • Weitere :Möglichkeiten, die Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Halbleitereinkristalle zu verändern, bilden die Wahl der Konzentration der Elektronen- bzw- Defektelektronenleitüng bewirkenden Stoffe oder deren Verteilung. Ferner lassen sich durch Änderungen der die Kristallisation der Halbleitereinkxistalle mit Hilfe von flüssigen Zonen bestimmenden physikalischen Größen, z. B. der Temperatur oder der Wanderungsgeschwindigkeit der flüssigen Zonen, entsprechende Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Halbleitereinkristalle erzielen. Weiterhin kann die Erzeugung von, flüssigen Zonen verhältnismäßig geringer Höhe durch die Verwendung einer den Halbleiterkörper ringförmig umgebenden Kühleinrichtung wesentlich unterstützt werden. Als Kühleinrichtung kann eine mit Wasser als Kühlmittel arbeitende Umlaufkühlung vorgesehen werden. Die Kühlung des Halbleiterkörpers kann auch nur auf der Seite der flüssigen Zone erfolgen, auf welcher die Kristallisation des Halbleiters stattfindet, während auf der Seite der flüssigen Zone, auf welcher das Schmelzen des Halbleiters vorgenommen wird. keine Kühlung des (festen) Halbleiters vorgesehen wird. Es kann außerdem zweckmäßig sein, den Raum der Elektronenstrahlerzeugung von dem Raum der Elektronenstrahleinwirkung auf den Halbleiterkörper so zu trennen, daß in dem Raum der Elektronenstrahlerzeugung ein höherer Druck aufrechterhalten wird, als er in dem Raum der Elektronenstrahleinwirkung auf den Halbleiterkörper herrscht.
  • Fig. 3 dient zur Erläuterung eines Durchführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von Halbleitereinkristallen mit einem p- und zwei n-leitenden Bereichen und zwei diese verbindenden p-n-Übergängen. Hierbei wird eine Reihe von Einzelheiten nicht mehr wiederholt, die sich aus der Kenntnis des übrigen Teiles der Beschreibung, insbesondere des Fig. 2 entsprechenden Durchführungsbeispieles, für die Vervollständigung der Erläuterung ohne weiteres ergeben.
  • Die Darstellung der Fig. 3 enthält einen Halbleiterkörper 1-2, die Halterung 3 und eine Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 (Elektronenquellen 5, elektronenoptische Abbildungsmittel 6 und Elektronenstrahlablenkmittel 7). Bis auf zwei Endscheiben (n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheiben 2) des Halbleiterkörpers 1-2 ist gemäß dem zu erläuternden Durchführungsbeispiel der Halbleiterkörper 1-2 abwechselnd aus einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe 1 und zwei n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 aufgeschichtet. Die Berührungsflächen von p- und n-leitenden bzw. von n- und n-leitenden Halbleiterscheiben wurden von oben nach unten fortlaufend und mit 10 beginnend mit Zahlen bezeichnet (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ... ). Der untere (feste) Teil des Halbleiterkörpers 1-2 soll sich in Ruhe befinden, der obere (feste) Teil des Halbleiterkörpers 1-2 soll eine Rotationsbewegung ausführen, deren Drehsinn durch den gekrümmten Pfeil angegeben wird, und die Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 soll eine Transla,tionsbewegung ausführen, deren Richtung durch den geraden. Pfeil angezeigt wird.
  • Dem Zeitpunkt, der in Fig. 3 wiedergegeben wird, geht voraus; daß eine Zone 4, die Berührungsfläche 10 enthaltend, geschmolzen, in die von dem oberen Teil der Halterung 3- und der Berührungsfläche 10 begrenzte n-leitende polt'- oder einkristalline Ha2bleiterscheibe 2 geführt und dort durch Abkühlung kristallisiert wurde. Ferner wanderte eine zweite flüssige Zone 4 von der Berührungsfläche 11 bis zur Berührungsfläche 12, eine dritte flüssige Zone 4 von der Berührungsfläche 13 bis zur Berührungsfläc4e12. In dein Zeitpunkt, der in Fig. 3 festgehalten is't, durchwandert eine vierte flüssige Zone 4 die von' den Berührungsflächen 14 und 15 begrenzte n-leitend'e polt'- - oder einkristalline Halbleiterscheibe 2. Dte Führung der flüssigen Zonen 4 erfolgt besonders zweckmäßig wiederum durch z. B. elektrische Elektronenstra,hlablenkung, die durch die mechanische Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 - entsprechend dem an Hand der Fig. 1 erläuterten Beispiel - unterstützt werden kann.
  • Das Durchschneiden des Halbleiterkörpers 1-2 wird, nachdem alle n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 mit Hilfe flüssiger Zonen 4 einkristallin mit den p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben 1 verbunden sind, längs der Flächen vorgenommen, die an die Stelle der Berührungsflächen 12, 15, 18 ... getreten sind. Vorzugsweise kann das Zerschneiden. mittels Elektronenstrahles ausgeführt werden und ergibt Halbleitereinkristalle mit einem p- und zwei n-leitenden Bereichen und zwei diese verbindenden p-n-Übergängen.
  • Weitere Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich für die Herstellung voll Halbleitereinkristallen mit einem p- und zwei il-leitenden Bereichen und zwei diese verbindenden p-11-Übergängen durch die Verwendung von einer p-leitenden einkristallinen und zwei n-leitenden poly-oder einkristallinen Halbleiterscheiben. Bei diesen Beispielen besteht somit der Halbleiterkörper 1-2 nach der Kristallisation der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 aus einem Halbleitereinkrista,ll mit einem p- und zwei n-leitenden Bereichen und zwei diese verbindenden p-ll-Übergängen und das Zerschneiden des Halbleiterkörpers ist nicht erforderlich. Weiterhin ist die Elektronenstrahlablenkung als Mittel zur Führung der" flüssigen Zonen 4 ausreichend. Eine mechanische Translationsbewegung der Elektronenstrahleinrichtung 5 bis 7 kann daher fortfallen. Entsprechendes gilt für die Herstellung von Halbleitereinkristallen mit einem p- und einem n-leitenden Bereich und einem diese Bereiche verbindenden p-n-Übergang bei der Verwendung von einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe 1 und einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe 2.
  • Entsprechend dem an Hand von Fig. 3 erläuterten Durchführungsbeispiel lassen sich beispielsweise auch Halbleiterkristalle herstellen, die z. B. zwei p- und vier Bereiche aufweisen, die durch vier einkristallin kristallisierte p-n-Übergänge und eine in zwei einkristalline n-leitende Bereiche eingebettete Grenzfläche gestörter Einkristallstruktur und gestörter Verteilung des Elektronenleitung bewirkenden Stoffes verbunden sind. Derartige Halbleiterkristalle erhält man, wenn beim Durchschneiden des Halbleiterkörpers 1-2, insbesondere mittels Elektronenstrahles, dieser nur längs den Flächen 15, 21 ... durchschnitten wird. Derartige Halbleitereinkrista,lle mit mehreren p-n-Übergängen, die eine oder gegebenenfalls mehrere Grenzflächen gestörter Einkristallstruktur und gestörter Verteilung des Elektronenleitung bewirkenden Stoffes enthalten, können für manche Anwendungen durchaus zweckmäßig und Ziel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sein.
  • Da zur einfacheren Darstellung der Erfindung p-leitende Halbleiterscheiben 1 und n-leitende Halbleiterscheiben 2 immer nur in einer bestimmten Zuordnung zueinander genannt werden. ergeben sich weitere Durchführungsbeispiele des erfindungsein.i #7erfahrens dadurch, daß an Stelle von g 'ßeii ' p-leitenden einkristallinen. Halbleiterscheiben 1 n-leitende einkristalline Halbleiterscheiben und an Stelle voll n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben 2 p-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheiben verwendet werden.

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen, beispielsweise aus Silizium, mit p- und n-leitenden, Bereichen und diese verbindenden p-n-Übe-rgängen für Halbleiteranordnungen, insbesondere Halbleiterdioden und -trioden, die auch mittels Licht, Wärme, elektrische oder/und magnetische Felder gesteuert sein können, dadurch gekennzeichnet, daß kreiszylindrische Halbleiterscheiben. (1) aus p-leitendem einkristallinem Material und kreiszylindrische Halbleiterscheiben (2) aus n-leitendem polt'- oder einkristallinem Material zu einem abwechselnd p- und n-leitenden kreiszylindrischen Halbleiterkörper aufgeschichtet werden, daß nacheinander solche Zonen (4) mittels eines Elektronenstrahles geschmolzen werden, die eine Berührungsfläche der Halbleiterscheiben (1, 2) enthalten, und daß diese verflüssigten Zonen (4) mittels einer Relativbewegung zwischen Elektronenstrahl bzw. -einrichtung und Halbleiterkörper jeweils in bzw. durch diejenigen Halbleiterscheiben (2) geführt werden, die an die geschmolzenen Zonen (4) grenzen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet, daß die Höhe der flüssigen Zone (4) kleiner als die Höhe der Halbleiterscheiben (1, 2) gewählt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der flüssigen Zone (4) größer als die Höhe der p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben (1) gewählt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der 11-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) mindestens etwa doppelt so groß wie die Höhe der flüssigen Zone (4) gewählt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen der p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben (1) alle gleich gewählt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen der n-leitellden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) alle gleich gewählt werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, da.ß die eine Berührungsfläche der Halbleiterscheiben (1, 2) entha,ltenden Zonen (4) jeweils mit einem solchen Volumen und in einer derartigen Lage in bezug auf die Berührungsflächen. geschmolzen werden, daß der Anteil einer Halbleiterscheibe (1) an dem Volumen einer geschmolzenen Zone (4) höchstens etwa ein Zehntel und der Anteil einer Halbleiterscheibe (2) mindestens etwa neun Zehntel beträgt. B.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß p-leitende einkristalline Halbleiterscheiben (1) und n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheiben (2) abwechselnd zu einem Halbleiterkörper aufgeschichtet und Zonen (4) geschmolzen werden, die je eine, und zwar jede zweite Berührungsfläche (Fig.l: 10, 12, 14 ... ) einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe (1) und einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe (2) enthalten, da,ß diese flüssigen Zonen (4) durch die an diese angrenzenden n,-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) bis zu den nächsten Berührungsflächen (Fig. 1: 11, 13, 15 ... ) geführt und dort durch Abkühlung kristallisiert werden, und daß danach der Halbleiterkörper angenähert längs dieser Flächen (Fig. 1: 11, 13, 15 ... ) insbesondere mittels eines Elektronenstrahles durchschnitten wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem vorhergehenden, gekennzeichnet durch die Verwendung einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe (1) und zwei n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2).
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß p-leitende einkristalline Halbleiterscheiben (1) und n,-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheiben (2) abwechselnd zu einem Halbleiterkörper aufgeschichtet und Zonen (4) geschmolzen werden, die je eine Berührungsfläche (Fig. 2: 10, 11, 12, 13 ... ) einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe (1) und einer n-leitenden poly-oder einkristallinen Halbleiterscheibe (2) enthalten, daß diese flüssigen Zonen (4) in die an diese angrenzenden n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) etwa bis zu deren Mitte (Fig. 2: 20, 21, 22 ... ) geführt und dort durch Abkühlung kristallisiert werden, und daß danach der Halbleiterkörper angenähert in der Mitte (Fig. 2: 20, 21, 22 ... ) der n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) insbesondere mittels eines Elektronenstrahles durchschnitten wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd eine p-leitende einkristalline Halbleiterscheibe (1) und zwei n-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheiben (2) zu einem Halbleiterkörper aufgeschichtet und Zonen (4) geschmolzen werden, die je eine, aber nicht jede dritte Berührungsfläche (Fig. 3: 10, 11, 13, 14, 16, 17 ... ) einer p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheibe (1) und einer n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheibe (2) enthalten, daB diese flüssigen Zonen (4) durch die an diese angrenzenden n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) bis zu den nächsten Berührungsflächen (Fig.3: 12, 15, 18 ... ) geführt und dort durch Abkühlung kristallisiert werden, und daß danach der Halbleiterkörper angenähert längs dieser Flächen (Fig. 3: 12, 15, 18 ... ) insbesondere mittels eines Elektronenstrahles durchschnitten wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von p-leitenden einkristallinen Halbleiterscheiben (1) n-leitende einkristalline Halbleiterscheiben und an Stelle von n-leitenden polt'- oder einkristallinen Halbleiterscheiben (2) p-leitende polt'- oder einkristalline Halbleiterscheiben verwendet werden. In. Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 895 472, 895 474; Zeitschrift für Naturforschung, 9a (1954), S.67.
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