DE1188555B - Verfahren zur Herstellung hochreiner kristalliner Koerper aus Nitriden, Phosphiden oder Arseniden der III. Hauptgruppe des Periodensystems - Google Patents

Verfahren zur Herstellung hochreiner kristalliner Koerper aus Nitriden, Phosphiden oder Arseniden der III. Hauptgruppe des Periodensystems

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DE1188555B DEW27823A DEW0027823A DE1188555B DE 1188555 B DE1188555 B DE 1188555B DE W27823 A DEW27823 A DE W27823A DE W0027823 A DEW0027823 A DE W0027823A DE 1188555 B DE1188555 B DE 1188555B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
BOIj
Deutsche Kl.: 12 c-2
Nummer: 1188 555
Aktenzeichen: W 27823 IV c/12 c
Anmeldetag: 10. Mai 1960
Auslegetag: 11. März 1965
Es ist bekannt, hochreine Verbindungen mit Halbleitereigenschaften dadurch herzustellen, daß eine der Komponenten in einem Gefäß aufgeschmolzen und die andere gas- oder dampfförmig der Schmelze zugeführt wird. Bei diesen Verfahren berührt die Schmelze stets die Gefäßwände. Da die Reinheit der Gefäßwände über Art und Menge der Verunreinigungen in der hergestellten Verbindung entscheidet, ist die Verwendung all jener Verfahren, bei denen die Schmelze Gefäßwände berührt, durch die Reinheit der Gefäßmaterialien begrenzt.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt in der Begrenzung der äußeren Form der hergestellten Verbindung durch die Form des Gefäßes. So können beispielsweise zylindrische Stäbe nur hergestellt werden, wenn in Röhren gearbeitet wird. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Schmelze verhältnismäßig viel Gefäßmaterial berührt und Verunreinigungen aufnimmt.
Die Halbleitertechnik, die optische Industrie und viele andere Industriezweige suchen vor allem z.B. II-VI-, III-V- oder IV-IV-Verbindungen mit extrem geringen Verunreinigungen. Die Mehrzahl dieser Verbindungen besitzt eine flüchtige Komponente, so vor allem die Nitride, Phoshide, Arsenide, Selenide·, und Sulfide, d.h. unter den Bedingungen der Verbindungsbildung weist eine der Komponenten eine größere Flüchtigkeit auf als die andere. So beträgt z. B. der Dampfdruck von Arsen bei der Bildung von Galliumarsenid aus Gallium und Arsen etwa 1 Atmosphäre, während der Galliumdruck nicht meßbar ist.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden zur Herstellung hochreiner kristalliner Körper aus Nitriden, Phosphiden oder Arseniden der III. Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente durch chemische Reaktion von dampfförmigem Stickstoff, Phosphor oder Arsen mit in einem Tiegel geschmolzenen Element der ΠΙ. Hauptgruppe des Periodensystems. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das feste Reaktionsprodukt und nicht umgesetzte Schmelze mittels einer oder mehrerer fester Körper aus gleichem oder inertem Material nach oben weggezogen und zonengeschmolzen wird.
Für das Verfahren ist es wesentlich, daß von einem festen Keim bzw. Impfling ausgegangen wird. Dieser Keim kann aus dem gleichen oder einem anderen Material als die herzustellende Verbindung bestehen. Ist er polykristallin, so eignet er sich bevorzugt zur Herstellung von polykristallinen Körpern, besitzt er einen einkristallinen Aufbau, so ist es möglich, einkristalline Körper aufzubauen.
Verfahren zur Herstellung hochreiner
kristalliner Körper aus Nitriden, Phosphiden
oder Arseniden der III. Hauptgruppe des
Periodensystems
Anmelder:
Wacker-Chemie G. m. b. H.,
München 22, Prinzregentenstr. 22
Als Erfinder benannt:
Dr. Eduard Enk,
Dr. Herbert Jacob,
Dr. Julius Nicki, Burghausen (Obb.)
Die Arbeitsweise ist auch verschiedenartig variier-J bar und anpassungsfähig. So ist das Verfahren nicht nur für die Herstellung von Verbindungen geeignet,, die Halbleitereigenschaften besitzen. Auch Verbin-, düngen mit anderen dominierenden Eigenschaften,' wie- z.B. mechanischen, magnetischen, optischen,
>5 katalytischem thermischen, lassen sich damit herstellen.
Als nichtflüchtige Ausgangsprodukte werden Elemente der III. Hauptgruppe des Periodensystems eingesetzt. Dabei kann der nichtflüchtige Anteil der Schmelze flüssig oder fest zugeführt werden. Bei diskontinuierlicher Zufuhr ist es möglich, Bereiche verschiedener Zusammensetzung zu bilden. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß die flüchtigen Ausgangsprodukte bei verschiedenem Druck oder unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit oder Konzentration der Schmelze zugeführt werden.
Das direkte Erhitzen der Schmelze bzw. Schmelzzone erfolgt vorteilhafterweise mittels elektrischer Hochfrequenz. Jedoch ist auch eine Heizung mittels elektrischem S'tromdurchgang, Wärmestrahlung oder -konvektion, Elektronenbombardement oder Kombination der genannten Erhitzungsarten möglich. Wenn die Kondensationstemperatur der flüchtigen Komponente oberhalb Raumtemperatur liegt, so ist es meist notwendig, die Gefäßwände ebenfalls zu erhitzen und auf einer anderen Temperatur zu halten als die Schmelze. Zum Erhitzen der Gefäßwände eignen sich Wärmestrahlung bzw. -konvektion, Heizdrahtwicklung oder sonstige leitende Überzüge, bei-
spielsweise halbleitende Oxyd- oder Metallfilme.
Das Verfahren wird so durchgeführt, daß innerhalb des geschmolzenen Materials ein Temperatur-
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gradient aufrechterhalten wird, wobei die Oberfläche der Schmelze die höchste Temperatur besitzt. Es kann aber auch vorteilhaft so gearbeitet werden, daß beim Hochziehen des Materials die in dem Tiegel sich befindende nicht umgesetzte Messe nur an der Oberfläche aufgeschmolzen vorliegt.
Die flüchtige Komponente kann strömend oder als stationäre Gasphase an die Schmelzzone herangeführt werden. Bei strömender Arbeitsweise ist es gegebenenfalls vorteilhaft, ein inertes Gas als Trägerstoff zu benutzen. Dieses Verfahren eignet sich beispielsweise zur Herstellung von nicht stöchiometrisch zusammengesetzten Verbindungen.
Die nichtflüchtigen Komponenten können von oben, von der Seite oder von unten in fester Form als Körner, Stangen oder Drähte oder in flüssiger Form mittels Schwerkraft, Zentrifugalkraft, magnetischer und/oder elektrischer Kräfte an die Schmelze herangeführt werden.
Als Materialien für das Reaktionsgefäß eignen ao sich Quarzglas, Graphit, Siliciumcarbid, Tantal, Titan und als Dichtungsstoffe die herzustellenden Verbindungen oder zu verarbeitende Elemente, z. B. bei der Herstellung von Galliumarsenid Gallium.
Eine beispielsweise Anordnung zeigt die Zeichnung. In dem Gefäß 1 befindet sich im unteren Teil die Schmelze 2 aus Indium. Oberhalb der Schmelze wird im Gasraum 3 eine Atmosphäre aus Phosphor aufrechterhalten. Von der Seite her über den Stutzen 4 erfolgt die Zuführung von flüssigem oder festem Indium. Der Phosphor wird in diesem Falle auf einmal in der Tasche 5 vorgelegt und von dort aus mit der Temperiervorrichtung 6 auf konstanter Temperatur gehalten und somit im Raum 3 ein definierter Phosphordruck aufrechterhalten. Taucht man nun einen Indiumphosphidstab 7 von oben her in die Schmelze ein, so gelingt es, die an der Oberfläche der Schmelze 8 gebildeten Indiumsphosphidteile zusammen mit der Schmelze nach oben wegzuziehen und schließlich mit der Heizvorrichtung 9 erneut aufzuschmelzen und endgültig in Indiumphosphid umzuwandeln. Auf diese Weise gelingt es, den vorgelegten Indiumvorrat 2 kontinuierlich in hochreines Indiumphosphid umzuwandeln.
Wenn das Material nicht in vollem Umfange umgewandelt wird, so ist es möglich, mit der Heizvorrichtung 10 das Material nochmals aufzuschmelzen, wobei jedoch im Kern des Stabes ein fester Steg übrigbleibt. Auf diese Weise gelingt es, Material, vor allem Indium, das nach außen gelangt ist und noch nicht vollkommen umgewandelt ist, vollkommen in Indiumphosphid überzuführen. An die Heizvorrichtung 10 können weitere Heizvorrichtungen angeschlossen werden.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung hochreiner kristalliner Körper aus Nitriden, Phosphiden oder Arseniden der III. Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente durch chemische Reaktion von dampfförmigen Stickstoff, Phosphor oder Arsen mit in einem Tiegel geschmolzenen Element der III. Hauptgruppe des Periodensystems, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Reaktionsprodukt und nicht umgesetzte Schmelze mittels eines oder mehrerer fester Körper aus gleichem oder inertem Material nach oben weggezogen und zonengeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Hochziehen des Materials die in dem Tiegel sich befindende nicht umgesetzte Masse nur an der Oberfläche aufgeschmolzen vorliegt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 809 163;
USA.-Patentschrift Nr. 2 768 914.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 518/281 3.65 © Bundesdruckerei Berlin
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