DE1417816A1 - Verfahren zum Herstellen von Siliciumkarbidkristallen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Siliciumkarbidkristallen.

  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur: Herstellen

  von Siliciumkarbiddristallen. Ein bekanntes Verfahren zum

  Herstellen solcher Kristalle besteht darin-, dass sie raus

  einem Gas abgeschieden werden, welches die Elementq Sili-

  cium und Kohlenstoff in form einer oder mehrere- flüchtigen

  Verbindu--gen enthält. Lie Lbscheidung kann unter Anwendung

  von hoher Temperatur und/oder elektrisc!ier Entludung er-

  :L#olgen. Ein solches Verfahren wurde in der deutschen Pa-

  tentschrift hr. 1 . U47.1 ö0 beschrieben, in der als flüchtige

  Verbindungen insbesondere alkylierte Silänverbindungen vor-

  geschlagen werden. Vorzugsweise werden-als Silicium ent-

  _:altende flüchtige Verbindungen Halogensilane und zwar

  'hlorsilane verwendet.

  Die ßr...:@bä.rrieit der nach diesee Patentschrift

  hergestellten Krist--l-"e für elertronische Anwendungen

  wurde -:n der deutscher< Patentschrift ausser Beträjht ge-

  las.:er.. Liese Anwendung is aber an sich bekannt und es ist

  auch bekannt, SiliciumkarbidKristallen wir.same Verun- -

  reinigungen zuzusetzen. -

  Es wurde festgestellt, dass der Zusatz wirksa-'

  mer Verunreinigungen zu den oben beschriebenen Kristallen,

  im fiüchfolgenden als "Votieren" bezeichnet, unzuverlässige

  ._rgebnisse liefert und du.s = es insbesondere sehr schwer

  oder unmöglich ist, solche Kristalle p-leitend zu machen.

  In diesem Zusammenhang evird bemerkt, dass die nach der

  üeutschen Patentschrift er sielten Siliciumxarbidkristalle

  Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugründe,

  dass die Dotierungsschwierigkeiten auf das Vorhandensein

  von Halogen zurückzuführen sind, denn es ergab sich, dass

  die erzielten Kristalle in wesentlichen Konzentrationen

  Halogen, insbesondere Chlor in der Ordnung von 0,01 At.%

  enthalten. Abgesehen von der Möglichkeit, dass die Iialogene

  selbst die Eigenschaften des Siliciumkürbids beeinflussen

  können, können die üblichen wirksamen Verunreinigungen,

  zum Beispiel die Domtoren wie Phosphor, Arsen und Antimon,

  und die Akzeptoren aus der dritten Gruppe des periodischen

  Systems, wie Bor, hlizminium und Gallium, mit Halogenen

  reagieren und in ihrer irkung gestört -.-rerden. Das Vor-

  handensein von Jhlor oder anderen Udlo@enen in den Kris-

  tallen ist a.uf den Umdund zurücrizuführen, dass halogen-

  freie Verbindungen der 'ilangruppe s;lont;.. n.n an Luft .ent-

  brennen und daher in !er Prz--xis d11Jereir mit igulogensi-

  lanen ce-.rbeitet wird, die diese Figenseil--ft nicht auf-

  weisen.

  Nach der Erfindung werden wirksame Verunreini=

  gu.n gen in Siliciumkärbidkristalle ein?ebaut, die durch

  dbac.eidurg aus einem halogenfreien Gas ncrgestel't worden

  sind, tvelc.les Sie El-- ente Silicium und Kohlenstoff in

  Form einer oder mehrerer flNchtiger Verbindungen enthält.

  :#-er Einbau der Verunrei-igungen kann während der Abscnei-

  dung zum Beispiel .urca den .':usütz einer wirksamen Verun-

  reinijungzum halogenfreien Gas, undj(oder nach der Ab-

  CD

  et4eidt:in ;,zum Deis :=iel _Uurch Diffusion, erfolgen:

  Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung zum

  Erzielen von liliciumkarbid des p-Typs durch Einbau von

  Akzeptoren aus der dritten Gruppe des periodischen Systems,

  wie Bor, Aluminium und Gallium, in die Siliciumkarbidkris-

  talle. Dies ist durch Dotierung von aus einem halogenhal-

  tigen Gas erzielten Kristallen nicht, oder wenigstens

  sehr schwer und praktisch nicht reproduzierbar, zu ver-

  wirklichen.

  Diese Vorzu@säusführung bietet die Möglichkeit,

  einen Kristall aus :Material verschiedenen Leitungstyps da-

  durch aufzubauen, dass dem Gas anfänglich ein Dotierungs-

  mittel eines Typs zugesetzt und dieses :Kittel während des

  'achsens der Kristalle weggelassen oder durch ein Dotienug>

  mi+-el entgegengesetzten Typs ersetzt wird. Aus diese Weise

  lassen sich ein oder mehrere pn-T'ebergänge enthaltende

  Kristalle in grösseren Anzahlen gleichzeitig herstellen.

  Die wirksu--en Verunreinigungen ::erden vorzugs-

  weije in Siliciumkarbidkristalle ein:--ebaut, die durch Ab-

  scheidung aus einem Gas hergestellt sind, in dem die flüch-

  tige Verbindung oder die flüchtigen Verbindungen mit einem

  'nrägergas verdünnt fs-t-, bzw. sind. Es wurde festgestellt,

  dass d-bci das Vorandensein von Wasserstoff im Trdgergas

  zur Bildung von homogenen Siliciumkarbid:zristallen beiträgt,

  Bemerkt wird, dass unter wirksamen Ver«nreini-

  ;ungen hier nicht nur Verunreinigungen, wie - Domtoren und

  Akzeptoren, welche die T.eitfähigkeit und/oder den .Jeitungs-

  typ des >iliciumk,.rbids beeini'1us ;Er., sondern. auch Verun-

  :_-einigungen

  verst:;.nden werden, die eingebaut werden :l-Z5nren, um auf

  andere `;'eise die physii.dlischen fi-genschaften des Silicium-

  :@arbids zu beeinflussen, zum Beispiel um den Siliciumkar

  bid .iumineszenseigenscz-ittften zu verleihen, wie Eisen

  Zie Erfindung wird an Hand einiger Beispiele nä-

  her erMutert.

  Beispiel I.

  Einem aus 'g5 Vol.% "ono;ethylsilan und im Übri-

  gen aus .'iasseretoff bestehenden halogenfreien mTas.gemisch

  wird eine Menge von 0,1 Yol.% Bonhydrid mit der Zusammen-

  setzung B2II6 zu-esetzt. Las erzielte Gasgemisch wird l:ings

  eines «uf 1600J er,ii-.z 'Ven Trägers aus feuerfesten 'Ma-

  terial geführt. Auf dem Träger entstehen Siliciumkarbid-

  rieta.lle, die stark p-leitend sind.

  :3eispiel II.

  Einem aus !!=5 ":onomet%iylsilän und im übri-

  gen aus aasserstoff bestehenden halog'enfreien Gasgemisch

  -.-ird eine @=Tenge .von 0.,01 Vol.4 Börhydrid mit der Zusammen-

  setzung B ff# zugesetzt. Las erzielte Gasgemisch wird längs

  eines auf 16000G erhitzten Trägers geführt. Auf c:em Träger

  entstehen Siliciumkarbidkristalle, die :#chE@a.eh ,p.i-leitend

  rird.

  Beispiel IIi.

  iinem was '',5ol.;@ @*,onomet@:ylsilan und im übri-

  jen aus Wasserstoff bestehenden halogenfreien Gasgemisch

  ;r.,ird einte "'entre `von ^I,1 YQl. "-'-- "hosphor:=as -erstoff ( PH3) zu-

  gesetzt. Das erzielte Gasgemisch wird längs eines auf 15^i

  erhitzten I'rZgers geflirrt. Auf dem Träger entstehen Sili-

  ciumäarbidkristalle, die stärk r.= eitend sind.

  Beisuiel IV.

  Einer aus 0,5 Vol."Voromethylsilan und im übri-

  gen aus Vasserstoff bestehenden halogenfreien Gas zemisch

  --ird eine .'-enge von 0,i)01 Vol. ,10 Phosphor"!asserstoff zuge-

  setzt. yas@erzielte Gasgemisch wird längs eines auf 1640°C

  erhitzten Trigers geführt. Auf dem Träger entstehen Sili-

  diumkurbidhristalle, die schwach n-leitend sind.

  Beispiel V.

  Eine Menge der nach Beispiel IV erzielten schwach

  n-leitenden Kristalle wird etwa 1-,-) ."'inuten lang auf 1r'0 °C

  in einem Raum erhitzt, in dem gleichzeitig eine Aluminium-

  menge _.uf 12_00°C erhitzt wird, wobei `siel der Raum mit

  äluminiumdamnf füllt. hluminiun aus dieseia Dd-ii:pf diffun-

  diert dabei in die 'iliciumkarbidkris walle, woraus sich

  Siliciumkarbidkristalle mit einem p-n-T3ebergan# ergeben.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Verf::hren zuc Herstellung von Siliciumkarbid- ks istallen, dadurch -:;e=zennzeichnet, dass wirksame Verun- reinigungen in @-iliciunkarbidkri:talle eingebaut werden, die durch Abscaeidung aus einer: :,-lo-enfreien Gas berge- , stellt =3ird, vielches die Elemente ljilicium und Kohlenstoff in Form einer oder mehrerer flüchtiger Verbindungen entiUt. 2. Ver..:--,rer nv:cii Anspruch 1, ;@@:.3@zrch'gekerräl.eieh- net, dass wenigs ters einer der £'tkz*ptorer, der dritter, Grup- ie des periodischer. @ysters, wie Bor , A1*rniniu.;t und sallim eingebaut wird. ' Verführer naci: we@-i-;sters einer .cer vor";ergeher.- der_. t@nsnr.:cie, ,,3äurc@@ Teherrzeic@znet, d:_t:@@@ die flräcliti_,#-e Verb?.rdun- oder die fl-äc_aigen Verbindunrer. irit einem . Träger^;z:s verd;innt- ist, bezw. sind. .. Verfü;ren nach k»Lnsiruch 3, dadurch gekennzeich- net, üüsä duz TrZerSas weri-sters teilweise aus 'Wasser- stoff be"telit. 5. "iliciun:xz.rbidkristG11 :mit ein3ebauter wirksamer Verunreinigung, der durch Anwendung eines Verfahrens nach weni7sten-s einem der vorherzehenden Mns;Jri'tche erzielt ist. r;. hristull nuc<< Anspruc'.^. 5, der wenistens teil- weise :aus p-leitendem )iliciumkarbid @es-teht, und durch ruch 2 `hergestellt ist. nnwendung eines eriü.lrFns n@tc?# Ans