DE1246683B

DE1246683B - Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten, dendritischen Halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE1246683B
Application number: DEW31908A
Authority: DE
Inventors: Steve N Dermatis; John W Faust Jun
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1961-03-27
Filing date: 1962-03-23
Publication date: 1967-08-10
Also published as: BE631688A; US3162507A; NL292060A; CH412820A; GB938915A; NL276481A; GB977933A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g -17/18

Nummer: 1 246 683

Aktenzeichen: W 31908IV c/12 g

Anmeldetag: 23. März 1962

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten, dendritischen Halbleiterkörpers. Dabei wird das Halbleitermaterial zunächst auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes erhitzt und ein dendritischer Kristallkeim für eine Zeit, die nötig ist, um ihn mit dem geschmolzenen Material zu benetzen, mit der Oberfläche der Schmelze in Berührung gebracht. Es wird hierbei ein Kristallkeim mit einer ungeraden Anzahl von mindestens drei zueinander parallelen [Hl]-Zwillingsebenen verwendet. Der Keim wird beim Ziehen mit einer parallel zu den Zwillingsebenen liegenden [lll]-Ebene senkrecht zu der Oberfläche der Schmelze und mit einer zu der [lll]-Ebene senkrecht stehenden [211]-Ebene parallel zu der Oberfläche der Schmelze orientiert. Die Zwillingsebenen erstrecken sich durch wenigstens einen Teil der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche des Keims.

Bei solchen Verfahren war man bisher bestrebt, einzelne Dendriten herzustellen (s. französische Patentschrift 1244924 und »Physical Review«. B. 116, 1.10.1959, S. 53 bis 61). Beim gleichzeitigen Züchten von zwei oder mehr einzelnen Dendriten eines Halbleitermaterials mit einem Keim kommt es nämlich manchmal vor, daß die zwei Dendrite zusammenwachsen oder der Zwischenraum zwischen den verschiedenen Dendriten unkontrollierbar teilweise durch Spitzen oder andere seitliche Kristallauswüchse aus erstarrtem Material der Schmelze überbrückt werden. Dieses zufällig zwischen den eigentlichen Dendriten gebildete, erstarrte Material war ohne Ausnahme meist ungleichmäßig dick, hatte eine rauhe Oberfläche und enthielt eine große Anzahl von Verwerfungen. Wegen dieser groben Fehler ergab keines dieser gezüchteten Gebilde einen Körper aus Halbleitermaterial, der für irgendwelche Verwendung, wie die Herstellung von Halbleiteranordnungen, geeignet war. Folglich wurde das Dendritenwachstum eines Keims bisher so gesteuert, daß auf einmal nur ein einziger Dendrit gezogen wurde.

Für das Dendritenziehen aus der unterkühlten Halbleiterschmelze ist in der französischen Patentschrift 1244 924 als mögliche Ziehgeschwindigkeit der Bereich von 0,5 bis 63 cm/min, insbesondere 2,5 bis 25 cm/min, angegeben worden. Da nach dieser Lehre einzelne Dendriten gezogen werden sollen, wird man die Ziehbedingungen (Ziehgeschwindigkeit und Unterkühlungsgrad) so einstellen, daß möglichst gute Dendrite, d. h. Dendrite mit ebenen Flächen, möglichst schnell wachsen, Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten, dendritischen Halbleiterkörpers

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Steve N. Dermatis, Youngwood, Pa.;

John W. Faust jun.,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 27. März 1961 (98 618)

um pro Zeiteinheit eine hohe Ausbeute guter Qualität zu erhalten. Man wird bei Kenntnis der französischen Patentschrift ferner darauf achten, daß die Dendrite nicht miteinander verwachsen, falls zwei oder mehr Dendrite gezogen werden sollen, da sonst deren Qualität leidet.

Um zu verhindern, daß die Schmelze an der Tiegelwand erstarrt, wird man weiterhin bemüht sein, nur einen möglichst kleinen Bereich im Zentrum der Schmelzoberfläche zu unterkühlen, der nur etwas größer ist als der Querschnitt des zu ziehenden Dendriten.

Ausgehend vom allgemeinen Stande der Technik aber unter Nichtbeachtung der früheren Qualitätsforderungen an die einzelnen gezogenen Dendrite und eurer möglichst hohen zeitlichen Ausbeute liegt der Erfindung eine neue Aufgabe zugrunde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus einem Halbleitermaterial, welches in der kubischen Diamantgitterstruktur kristallisiert, einen langgestreckten Körper zu schaffen, der aus mindestens zwei parallelen, langgestreckten, dendritischen Kristallen besteht, die durch einen dünnen Stegteil, der sich entlang der Länge des Körpers zwischen den dendritischen Kristallen erstreckt, kristallographisch zu einem einheitlichen Körper verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß mindestens der Teil der Schmelze^

709 621

3 4

der mit dem Kristallkeim in Berührung steht, mit F i g. 5 bis 7 stark vergrößerte Teilansichten ver-

einem Oberflächenbereich von mindestens 1,6 cm² schiedener Keime und

unter den Schmelzpunkt unterkühlt wird und daß mit Fig. 8 bis 12 verschiedene Querschnitte und An-

so niedriger Ziehgeschwindigkeit im Bereich von sichten einiger erfindungsgemäß hergestellter HaIb-

0,65 bis 10 cm/min gearbeitet wird, daß am Keim S leiterkörper.

mindestens zwei Dendriten parallel zueinander und In den Figuren sind gleiche oder sich entsprechende

senkrecht zur Oberfläche der Schmelze wachsen und Teile gleich bezeichnet. In F i g. 1 ist ein Apparat

daß sich stegartig zwischen diesen Dendriten Ma- gezeichnet, der zur Durchführung des erfmdungs-

terial der Schmelze in ebener Schicht verfestigt. gemäßen Verfahrens geeignet ist. Er enthält eine

Der erfindungsgemäß gezogene langgestreckte, io Grundplatte 1 mit einem Graphituntersatz 2 für ein dendritische Halbleiterkörper besteht aus mindestens Gefäß (Schmelztiegel) 3 aius hitzebeständigem Mazwei parallelen, langgestreckten, dendritischen Kri- terial, wie Graphit, zum Schmelzen des Halbleiterstallen, die bis zu 1,25 cm und mehr voneinander materials, z. B. Silicium. Dieses wird in einer Quarzentfernt sind, und aus einem dünnen Stegteil aus ausfütterung 5 des Gefäßes 3 durch Heizmittel, wie dem gleichen Halbleitermaterial, der sich zwischen 15 beispielsweise eine um das Gefäß 3 herum angeordden Dendriten über die ganze Länge des Körpers nete Hochfrequenz-Induktionsheizspule 6, im geerstreckt und die Dendrite kristallographisch zu schmolzenen Zustand gehalten,
einem einheitlichen Körper verbindet. Die Heizmittel sollen leicht regelbar sein. Eine

Dabei umfaßt das Verfahren die folgenden Schmelze mit einer Temperatur von einigen ⁰C

Schritte: 20 oberhalb des Schmelzpunktes soll in einigen Sekun-

1. Schmelzen einer Menge des Halbleitermaterials; ^den> beispielsweise in 5 bis 10 see, auf eine Tempera-

tür von mindestens 1 C unter die Schmelztemperatur

2. Bringen der Schmelze auf eine Temperatur _ vorzugsweise mindestens ein Teil der Schmelze etwas oberhalb des Schmelzpunktes des Mate- _auf 5 bis 10° C — unterki}hlbar sein.

rials; 25 Um oberhalb der Schmelze einen niedrigen

3. Inberührungbringen des geschmolzenen Mate- Temperaturgradienten aufrechtzuerhalten, ist ein mit rials mit mindestens einer Oberfläche eines wie einer Öffnung versehener Deckel 7 vorgesehen, der oben angegeben orientierten Kristallkeims für beispielsweise aus Molybdän, Tantal oder Wolfram eine Zeitdauer (z. B. einige Sekunden bis 1 Mi- besteht und dicht auf das obere Ende des Gefäßes 3 nute), die ausreicht, den Kristallkeim mit dem 3<> paßt. Durch eine Öffnung 8 in dem Deckel 7 läuft geschmolzenen Material zu benetzen; ein Keim 9 und der gewachsene Halbleiterkörper an

α τι ^ 1 »1.1 ■ j * · rr. 1 j einem Ziehstab. Die Schmelze ist mit 4 und deren

4. Unterkühlung mindestens emes Teils der oberfläche mit 14 bezeichnet.

Schmelze auf eine Temperatur von 5 bis 10° C _{Um das Gef} »_{ß 3} ^ _{inQerhalb der} Hochfrequenz-

unterhalb des Schmelzpunktes wobei der Ober- _{35 fe6 eine} Schutzumhüllung 10 angeordnet. Ein

flachenbereich des unterkühlten Teils an der ii_itzeschirra U, beispielsweise aus Quarz, umgibt das

Oberflache der Schmelze mindestens 1,6 cm* _Gefäß 3 _{innerhalb d}£_r u_{mmiung m} i_m' j^ der

betragt, und Umhüllung 10 kann eine Schutz- oder Vakuum-

5. Ziehen des Kristallkeims aus der Schmelze bei atmosphäre vorgesehen sein. Die Leitungen 12 und 13 einer Geschwindigkeit von annähernd 0,65 bis 40 können, eventuell für einen Zirkulationsstrom, vor-10 cm/min, insbesondere 0,65 bis 2,5 cm/min. handen sein.

Unter den idealsten Bedingungen wird beim erfin-

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bei dungsgemäßen Verfahren die gesamte Schmelze 4

festen Materialien anwendbar, die in der kubischen unterkühlt. Bei einigen Beispielen wurde jedoch nur

Diamantgitterstruktur kristallisieren, z. B. Silicium 45 ein Teil der Schmelze unterkühlt. Der am leichtesten

und Germanium sowie stöchiometrische Verbindun- zu unterkühlende Teil der Schmelze 4 ist derjenige

gen, die im Mittel vier Valenzelektronen pro Atom Teil, der sich direkt unfer der Öffnung 8 befindet,

haben. Hierzu gehören Verbindungen aus den EIe- weil die Wärmestrahlung von der Oberfläche der

menten der III. Gruppe — wie Aluminium, Gallium Schmelze durch die Öffnung 8 entweicht statt zu-

und Indium — mit den Elementen der V. Gruppe 50 rückreflektiert zu werden. So wurde gefunden, daß

des Periodensystems — wie Phosphor, Arsen und der unterkühlte Teil der Schmelze einen Bereich von

Antimon — sowie Verbindungen der Elemente der mindestens 1,6 cm² an der Oberfläche der Schmelze

II. Gruppe und der VI. Gruppe, beispielsweise ZnSe haben muß, um erfmduBgsgemäße Halbleiterkörper

und ZnS. Die Materialien können eigenleitend oder herzustellen. Bei einem kleineren unterkühlten

mit einer oder mehreren Verunreinigungen dotiert 55 Oberflächenbereich, wie 0,775 cm², bildet sich der

sein, um Halbleitermaterialien vom n- oder p-Typ Steg- oder Plattenteil des Halbleiterkörpers nicht,

oder Körper mit einem pnp- oder npn-Querschnitt In F i g. 2 ist in stark vergrößerter Ansicht ein

herzustellen. Keim dargestellt, der erfindungsgemäß verwendet

An Hand der schematischen Zeichnung von Aus- werden kann. Der Keim besitzt zwei relativ ebene,

führungsbeispielen wird die Erfindung näher erläu- 60 parallele Flächen 15 und 16 mit drei in der Mitte

tert; es zeigt liegenden inneren Zwillmgsebenen 17, 18 und 19.

Fig. 1 einen Aufriß emes Kristallziehapparates, Die kristallographische Struktur des Keims an den

F i g. 2 eine stark vergrößerte Teilansicht eines beiden Flächen 15 und 16 ist durch die kristallo-

Kristallkeims, graphischen Richtungspfeile an der rechten und

F i g. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines erfin- 65 linken Seite der Figur dargestellt,

dungsgemäß gezogenen Halbleiterkörpers, Wenn die Flächen 15 und 16 des Keims an den

Fig. 4 einen Querschnitt des Körpers gemäß [lll]-Ebenen geätzt werden, zeigen beide gleich-

i g. 3 längs der Linie IV-IV, seitig dreieckige Ätzvertiefungen 20, deren Scheitel 21 %

5 6

aufwärts zeigen, während ihre Basen 22 parallel zu- Die Dicke des Steges oder des Plattenteils 36

einander liegen. Diese Orientierung der Ätzvertiefun- hängt, wie oben ausgeführt, zu einem gewissen Grad

gen ist bei jedem Keim vorhanden, der eine ungerade von der Dicke der Dendrite 34 und 35 und zusätzlich

Vielzahl — wie 3, 5, 7 und mehr — von Zwillings- zu einem gewissen Grad von der Unterkühlung der

ebenen besitzt, und alle diese Keime sind für den 5 Schmelze und Ziehgeschwindigkeit ab. Je höher der

Zweck der Erfindung vortrefflich. Normalerweise ist Grad der Unterkühlung und je niedriger die Zieh-

der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zwil- geschwindigkeit ist. um so dicker ist der Steg- oder

lingsebenen nicht gleich. Es ist selbstverständlich, Plattenteil.

daß der Keim keine ebenen, äußeren Flächen 15 und In F i g. 4 ist ein Schnitt eines langgestreckten

16 haben muß. Es ist nur notwendig, daß die [Hl]- io Halbleiterkörpers der Fig. 3 längs der Linie IV-IV

Ebenen parallel zu den Zwillingsebenen liegen. dargestellt. Dieser zeigt, wie die Dendrite 34 und 35

Die Ziehrichtung des Keims mit ungerader Anzahl kristallographisch mit dem Steg oder der Platte 36

von Zwillingsebenen muß mit der Richtung der auf- verbunden sind.

wärts zeigenden Scheitel21 der Ätzvertiefungen20 Außer dem in Fig. 2 gezeichneten Keim kann

übereinstimmen, und die Basen 22 sollen im wesent- 15 auch beispielsweise der in F i g. 5 dargestellte Keim

liehen parallel zu der Oberfläche 14 der Schmelze verwendet werden. Dieser besteht aus zwei vorher

liegen. Wenn in dieser Weise gezogen wird, erstarrt gezüchteten Dendriten 37 und 38 ohne Steg,

die Schmelze in unbegrenzt langem Wachstum an Die Dendrite sind wie in Fig. 3 miteinander ver-

der Unterseite des Keims in der senkrechten Rieh- bunden. Diesen Keim erhält man z. B. beim Ziehen

rung. 20 mit mehr als 10 cm/min mit einem Keim gemäß

Wenn ein relativ kalter, flacher Kristallkeim in die F i g. 2. Zieht man langsamer, so erhält man den

Schmelze eingeführt wird, benetzt diese die Spitze Keim gemäß F i g. 6, der im wesentlichen die Struk-

des Keims und löst sie auf und legt die inneren Zwil- tür der F i g. 3 mit einem Steg zwischen zwei paralle-

lingsebenen bloß, falls diese sich nicht bis zur Ober- len Dendriten besitzt. Dieser Keim kann von einem

fläche erstrecken. Es ergibt sich eine meniskusartige 25 erfindungsgemäß gezogenen Halbleiterkörper bei 39

Verbindungsstelle zwischen dem Kristallkeim und abgeschnitten sein. Ein vollständiger Querschnitt,

der Oberfläche der Schmelze. Eine solche Verbin- der von einem erfindungsgemäß hergestellten HaIb-

dungsstelle sollte während des ganzen Prozesses leiterkörper gemäß Fig. 3 abgeschnitten wurde, ist

aufrechterhalten werden. ebenso als Keim geeignet. Ein solcher Keim ist in

Nach der Benetzung des Keims wird mindestens 30 F i g. 7 dargestellt.

der an den Keim angrenzende Teil der Schmelze Wird ein Keim gemäß F i g. 5 zum Ziehen beim unterkühlt. Größenordnungsmäßig fünf Sekunden erfindungsgemäßen Verfahren verwendet, so können später beobachtet man gemäß Fig. 3 — bei einer vier dendritische Kristalle gezogen werden, wobei Unterkühlung von 5 bis 10° C — einen Wachstums- der Bereich zwischen jedem der benachbarten Denbeginn 30, der, an der Spitze des Kristallkeims 31 35 drite mit einem Steg- oder Plattenteil ausgefüllt sein hängend, an der Oberfläche der Schmelze erscheint kann. Die Teilansicht in F i g. 8 zeigt vier Dendrite und einen langgestreckten, hexagonalen, horizontalen 40 bis 43, die durch Steg- oder Plattenteile 44 bis 46 Querschnitt besitzt. Das hexagonale Oberflächen- kristallographisch verbunden sind. Ebenso können gewächs ist wiederum annähernd 10 Sekunden später Halbleiterkörper mit drei Dendriten und zwei Stegetwa dreimal so groß wie der Querschnitt des Keims. 40 teilen erfindungsgemäß hergestellt werden.
Danach zeigen sich Spitzen 32 und 33, die an den Die Halbleiterkörper können Längen von weniger Enden des hexagonalen Gewächses mit einer Ge- als 2,5 cm bis einige Meter haben. Die Breite kann schwindigkeit von annähernd 2 mm/sec wachsen. mit drei oder mehr parallelen Dendriten bis zu Wenn die Spitzen eine Länge von 2 bis 3 mm haben 2,5 cm und für zwei Dendrite bis zu 2 cm betragen, und die Gesamtlänge des hexagonalen Gewächses 45 Den Stegteil erhielt man in Breiten von 1,25 cm und von etwa 0,65 cm bis höchstens 1,9 cm beträgt, wird mehr. Segmente oder Abschnitte von irgendwelcher der Keim mit seinem daranhängenden hexagonalen Länge können von den langgestreckten Halbleiter-Gewächs mit der gewünschten Geschwindigkeit von körpern durch Blasen mit Sandstrahl, Brechen oder 0,65 bis 10 cm/min, insbesondere 0,65 bis 2,5 cm/min, Schneiden mit Elektronenstrahl oder durch ein andeaus der Schmelze gezogen. 50 res bekanntes Verfahren abgetrennt werden.

Wenn eine Ziehgeschwindigkeit von wesentlich Die Dendrite des erfindungsgemäßen Halbleiterweniger als 0,65 cm/min angewendet wird, erhält körpers haben zwei sehr parallele ebene Flächen mit man nicht die gewünschte kristallqgraphische Struk- einer Reihe von Stufen von etwa 50 Ä Höhe. Die tor. Wenn eine bedeutend größere Ziehgeschwindig- Dendrite haben eine Dicke von annähernd 2 bis keit als 10 cm/min angewendet wird, bildet sich der 55 0,625 mm, und die Breite über die ebenen Flächen Stegteil des Körpers nicht zwischen den Dendriten. kann von 0,5 mm bis zu 5 mm und sogar mehr be-

Beim Aufwärtsziehen des Kristallkeims bilden sich tragen. Die Oberfläche der ebenen Flächen zeigt im

an den Spitzen 32, 33 sich abwärts erstreckende wesentlichen perfekte [111]-Orientierung.

Dendrite 34 und 35. Der Steg- oder Plattenteil des Halbleiterkörpers

Wenn man mit einer Geschwindigkeit aus dem 60 hat eine Dicke von mindestens annähernd 0,0025 mm,

genannten Bereich zieht, bildet sich ein dünner Steg gewöhnlich von 0,0075 bis 0,012 bis zu 0,025 mm.

oder eine Platte 36 aus erstarrtem Material der Der Stegteil ist normalerweise dünner als die Den-

Schmelze im Zwischenraum zwischen den beiden drite, zwischen denen er angeordnet ist. Ebenso ist

parallelen Dendriten 34 und 35. Der Steg oder die der Stegteil gleichmäßiger als die dendritischen Teile.

Platte 36 ist kristallographisch mit den beiden Den- 65 Die Oberflächen des Steg- oder Plattenteils sind

driten 34 und 35 verbunden, d. h., die allgemeine im wesentlichen parallel und nähern sich sehr eng

Kristallstruktur der Dendrite setzt sich durch den an die [111]-Ebenen an. Eine Prüfung durch optische

Steg oder die Platte 36 fort. und Interferenzmikroskopie zeigt, daß die Ober-

flächen bei richtigem Ziehen in nahezu allen Fällen extrem glatt sind. In einigen Fällen sind jedoch die Oberflächen im mittleren Teil glatt, enthalten aber in anderen Teilen, insbesondere im Bereich nahe den dendritischen Randteilen, Stufen. Die Höhe dieser Stufen beträgt, wenn sie vorhanden sind, im allgemeinen nicht mehr als 300A. Weiterhin sind die Steg- oder Plattenteile im wesentlichen verwerfungsfrei. Es sind Siliciumkörper hergestellt worden, die weniger als 450 Verwerfungen pro cm² besitzen.

Die allgemeinste und bevorzugte innere Struktur des Steg- oder Plattenteils ist die Einkristallstruktur ohne Zwillingsebenen. Wie in F i g. 9 dargestellt ist, befinden sich dann alle Zwillingsebenen, beispielsweise die Zwillingsebenen 50, 51 und 52, nur innerhalb der Dendrite und enden an deren Kanten. In einigen Fällen kann zumindest eine Zwillingsebene, beispielsweise gemäß Fig. 10 die Zwillingsebene54, durch beide Dendrite 34 und 35 sowie durch den Steg- oder Plattenteil 53 reichen. Dadurch werden die elektrischen Eigenschaften jedoch kaum beeinflußt. Es kommt auch vor, daß gemäß Fig. 11 die Zwillingsebenen 55 und 56, die in dendritischen Teilen 34 und 35 beginnen, nicht aneinanderpassen und eine unzusammenhängende Zwillingsebenengrenze 57 innerhalb des Steg- oder Plattenteils 53 haben. Solche Körper sind weniger erwünscht, aber noch für den Gebrauch in gewissen Halbleiteranordnungen geeignet.

Die erfindungsgemäß hergestellten, plattenartigen Halbleiterkörper sind relativ flexibel und können ohne zu brechen zu einem Kreis mit einem Radius von etwa 10 cm oder auch weniger gebogen werden. Daher können die Kristalle kontinuierlich aus der Schmelze gezogen und auf einen Zylinder mit einem Radius dieser Größenordnung oder größer in ununterbrochener Länge gewickelt werden. Je dünner der Körper ist, um so kleiner kann der Radius der daraus hergestellten Rolle sein.

Die erfindungsgemäß hergestellten Halbleiterkörper besitzen sowohl an den dendritischen Teilen als auch an dem Stegteil Oberflächen solcher Vollkommenheit, daß sie einfach durch Anbringen gewünschter Legierungen oder Lötmittel an den Oberflächen ohne vorheriges Polieren, Läppen oder Ätzen zur Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendet werden können. Das ist sehr günstig, da bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, wie Dioden, Transistoren, Photodioden und anderen ähnlichen Halbleiteranordnungen, die [lll]-Oberfläche eine besonders erwünschte Orientierung ist.

Aus erfindungsgemäß gezogenen Siliciumkörpern werden Transistoren hergestellt, die eine Verstärkung (Beta) von mindestens 50 haben. Weiterhin werden Solarzellen angefertigt, die einen Wirkungsgrad von 10 bis 15% besitzen.

Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren:

Beispiel 1

In einem Apparat, ähnlich dem in Fig. 1, wird reines Silicium im mit Quarz ausgefütterten Graphitschmelztiegel mittels einer Induktionsspule bei einigen Grad oberhalb des Schmelzpunktes (bei etwa 143O⁰C) geschmolzen. Ein dendritischer Keim mit drei inneren Zwillingsebenen wird orientiert, wie in F i g. 2, mit der Oberfläche des geschmolzenen Siliciums in Berührung gebracht, bis ein kleiner Endteil des dendritischen Kristallkeims vollständig benetzt und geschmolzen ist. Danach wird die Schmelze plötzlich innerhalb von 5 see durch Verringerung des Stromes in der Induktionsspule auf 8⁰C unter den Schmelzpunkt des Siliciums unterkühlt. (Die Temperatur beträgt etwa 1419° C.) Nach annähernd 10 see, wenn ein langgestreckter, hexagonaler Teil von 0,65 cm Länge gebildet ist, wird der Kristallkeim mit 2,5 cm/min aus dem unterkühlten Teil der Schmelze aufwärts gezogen, wobei der unterkühlte Teil einen Oberflächenbereich von annähernd 1,6 cm² hat.

An den spitzen Enden des an dem Keim hängenden hexagonalen Teils hängen zwei dendritische Kristalle, und jeder hat eine Dicke von 0,625 mm und eine Breite von annähernd 0,75 mm. Die äußeren Kanten des dendritischen Teils sind annähernd 0,65 cm voneinander entfernt. Die Kantenteile haben parallele Oberflächen mit [lll]-Orientierung. Die beiden Randteile sind kristallographisch durch einen einkristallinen Stegteil, der eine Dicke von annähernd 0,075 mm hat, verbunden. Die Oberflächen des Stegteils sind eng an die [lll]-Ebenen angenähert.
Der so gezüchtete Körper besteht aus zwei dendritischen Teilen, die über ihre ganze Länge hinweg durch einen Steg- oder Plattenteil kristallographisch miteinander verbunden sind. Der Körper wird bis zu einer Länge von etwa 35 cm gezüchtet und ist in Fig. 12 mit den erläuterten Hauptabmessungen dargestellt.

Es wurde gefunden, daß die dendritischen Teile des Körpers keine sichtbaren mikroskopischen Oberflächenunvollkommenheiten besitzen mit Ausnahme einer Anzahl mikroskopischer Stufen, die sich um etwa 50 A voneinander unterscheiden. Weiter wurde gefunden, daß der Steg- oder Plattenteil über die ganze Länge des Körpers, im wesentlichen ebene Oberflächen besitzt und in hohem Maße verwerfungsfrei ist.

In ähnlicher Weise werden plattenförmige Körper unter Verwendung eines Gennaniumkeims mit drei Zwillingsebenen hergestellt. Diese Körper haben dendritische Randteile und einkristalline Stegteile mit einer Dicke von 0,0075 mm, die sich zwischen ihnen erstrecken. In gleicher Weise können dendritische Körper aus Galliumarsenid und anderen III/V-Verbindungen hergestellt werden.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wild mit einer Ziehgeschwindigkeit von 7,5 cm/min und einer mit zwei Bor-Atomen pro 10¹² Si-Atomen dotierten Schmelze wiederholt. Der; sich ergebende plattenförmige Körper gleicht dem von Beispiel 1. Jedoch ist der Stegteil dünner und besitzt eine p-Leitf ähigkeit sowie einen spezifischen Widerstand von 200 Ohm/cm.

Beispiel 3

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird mit einer Ziehgeschwindigkeit von 10 cm/min und einer Schmelze aus 35 Gramm Silicium und 0,00067 Gramm Arsen wiederholt. Der sich ergebende Körper ist dem von Beispiel 1 ähnlich, der Steg ist jedoch dünner und die dendritischen Teile sind 0,175 mm dick und haben η-Leitfähigkeit sowie einen spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm/cm.

Beispiel 4

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird mit einer Ziehgeschwindigkeit von 5 cm/min und einem aus zwei Dendriten bestehenden Keim gemäß F i g. 5 wiederholt. Der sich ergebende Körper besteht aus vier langgestreckten Dendriten, die durch zwischen benachbarten Dendriten angeordnete Steg- oder Plattenteile miteinander verbunden sind. Der Körper hat die in F i g. 8 dargestellte Form. Jeder dendritische Teil hat eine Breite von 0,175 mm und eine Dicke von etwa 0,5 mm. Die Stegteile sind etwa 1,75 mm breit und 0,1 mm dick.

Beispiel 5

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird mit einem Oberflächenbereich der unterkühlten Schmelze von 0,8 cm² wiederholt. Es wird dabei zwar dendritisches Wachstum beobachtet, es ergibt sich aber kein Stegoder Plattenteil zwischen den beiden Dendriten.

20

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten, dendritischen Halbleiterkörpers, wobei das Halbleitermaterial zunächst auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes erhitzt wird, und ein dendritischer Kristallkeim für eine Zeit, die nötig ist, um ihn mit dem geschmolzenen Material

zu benetzen, mit der Oberfläche der Schmelze in Berührung gebracht wird, wobei ein Kristallkeim mit einer ungeraden Anzahl von mindestens drei zueinander parallelen [lll]-Zwillingsebenen verwendet wird und der Keim beim Ziehen mit einer parallel zu den Zwillingsebenen liegenden [Hl]-Ebene senkrecht zu der Oberfläche der Schmelze und mit einer zu der [lll]-Ebene senkrecht stehenden [211]-Ebene parallel zu der Oberfläche der Schmelze orientiert wird, wobei sich die Zwillingsebenen durch wenigstens einen Teil der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberfläche des Keims erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Teil der Schmelze, der mit dem Kristallkeim in Berührung steht, mit einem Oberflächenbereich von mindestens 1,6 cm² unter den Schmelzpunkt unterkühlt wird und daß mit so niedriger Ziehgeschwindigkeit im Bereich von 0,65 bis 10 cm/ min gearbeitet wird, daß am Keim mindestens zwei Dendrite parallel zueinander und senkrecht zur Oberfläche der Schmelze wachsen und daß sich stegartig zwischen diesen Dendnten Material der Schmelze in ebener Schicht verfestigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1244 924;
»Physical Review«, 116 (1959), 1, S. 53 bis 61.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 620/491 7.67 © Bundesdruckerei Berlin