DE1442795C3 - Verfahren zum Kristallisieren, Reinigen und/oder Dotieren eines Materials durch Wärmebehandlung im Dampf eines aktiven Elementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kristallisieren, Reinigen und/oder Dotieren eines Materials unter Bedingungen, die hohe Reinheit erfordern mittels Wärmebehandlung, in einem geschlossenen Gefäß, in dem Dampf eines aktiven Elementes, der durch thermische Zersetzung einer das aktjve Element enthaltenden Verbindung gewonnen wird.

Das Element kann z. B. ein aktiver Störstoff für das Material sein und es ist z. B. bekannt, den Dampf eines aktiven Störstoffes zu verwenden zur Dotierung eines Halbleitermaterials, ζ. B. durch Diffusion in das feste Material oder bei Schmelzbehandlungen, z. B. bei Zonenschmelzen und Aufziehen von Kristallen aus einer Schmelze, durch Lösen des aktiven Störstoffes aus dem Dampf in der Schmelze. Das Material kann z. B. den Störstoff bereits enthalten und der Dampf kann dabei dazu dienen, das Ausdampfen des Störstoffes während der Erhitzungsbehandlung zu verhüten.

Weiter ist es bekannt, bei einer Erhitzungsbehandlung, z.B. einer Schmelzbehandlung wie Zonenschmelzen oder Aufziehen eines Materials, das aus einer Verbindung besteht, die sich bei der während der Erhitzungsbehandlung angewandten Temperatur zersetzen kann, als aktives Element die flüchtigste Komponente der Verbindung in Dampfform zu verwenden, um der Zersetzung der Verbindung entgegenzuwirken und/oder eine stöchiometrische oder eine gewünschte von der stöchiometrischen abweichende Zusammensetzung zu erhalten.

Zum Erhalten des Dampfes des aktiven Elementes wurde gemäß einer bekannten Ausführungsform des Verfahrens während der Erhitzungsbehandlung ein Depot des aktiven Elementes selbst oder einer zersetzbaren Verbindung dieses Elementes auf eine derartige, nachstehend als Depottemperatur bezeichnete Temperatur erhitzt, daß der gesättigte Dampfdruck des Elementes bzw. der Gleichgewichtsdampfdruck des Elementes über dem Depot der zersetzbaren Verbindung bei dieser Temperatur dem gewünschten Dampfdruck im Gefäß entsprach. Es wurde dabei dafür Sorge getragen, daß im Gefäß an keiner Stelle eine niedrigere Temperatur als diese Depottemperatur herrschte.

Da bei solchen Erhitzungsbehandlungen insbesondere von Halbleitermaterialien an die Reinheit hohe Anforderungen gestellt werden, muß das Vorhandensein unerwünschter Verunreinigungen in der Atmosphäre im Gefäß während einer solchen Behandlung möglichst vermieden werden. Es sind aber im allge-

wobei das aktive Element leichter flüchtig ist als das Homologe. Unter einem Homologen eines Bestandteils ist hier ein Element aus der gleichen Hauptbzw. Nebengruppe des periodischen Systems zu verstehen. Man kann z. B. bei Erhitzungsbehandlungen von !Cadmiumsulfid, Kadmiumselenid oderKadmiumtellurid in sämtlichen Fällen eine Charge von Kadmiumtellurid zur Bildung eines Kadmiumdepots verwenden, ι - .::■■.··.· ··..:··■ \:'.'.: :.,..'.. : '■·..[ :;·-,:'

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei Erhitzungsbehandlungen von Verbindungen vom Typ A¹¹¹^BV im Dampf des betreffenden B^v-ElementeSj wobei der Bestandteil A^1JI aus einem Element der Gruppe Aluminium, Gallium und Indium, der 3. Häuptgruppe des periodischen Systems und der Bestandteil B^v aus einem Element der Gruppe-Phosphor, Arsen und Antimon, also der S.Haüptgruppe des periodischen Systems besteht. Die Elemente B^v sind sehr oder verhältnismäßig reaktiv und enthalten' im·allgemeinen gebundene Verunreinigungen, insbesondere Sauerstoff, der bei Erhitzung in Form eines Oxides des betreffenden Elementes B^v leicht in Dampfförm übergeht. Für die Charge können nunmehr fein «rhältliche; wenig reaktive Verbindungen¹ des betreffenden Elementes B^ Verwendung finden, unter anderem; Verbindungen vom Typ A^m-B^v, während außerdem noch eine Gasbindewirkung auf die Atmosphäre im Gefäß erhalten werden kann, wie nachstehend näher erörtert wird. .-.' ^:

Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben* wobei die Figuren schemätiseh im Vertikalschnitt Teile von Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines Materials darstellen. Entsprechende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszifferri bezeichnet; Es zeigt

Fig: 1 ein Gefäß, das einen durch Zonerischrhel^ zenzti behandelnden Stab eines solchen Materials und eine Charge einer Verbindung zum Bilden eines Depots eihSs aktiven Elementes enthält in einer Stufe, in der das Gefäß unter Auspumpen erhitzt wird,

Fig. 2 einen Teil des gleichen Gefäßes in einer späteren Stufe, in der es abgeschmolzen ist und ein Depot des aktiven Elementes aus der Charge gebildetwird;^r ■'·· •■'■■■■••^{: :} ■ ■■'■■ : ι-;·--':' ■' · ·"■;■ ..·■"'■■ ..·.·.

Fig. 3 das gleiche Gefäß wie in den Fig. 1 und 2 in einer noch späteren Stufe, in der der Stab des zu behandelnden Materials einer Zonerischmelzbehändlurig im Dampf des aktiven Elementes unterworfen wird, eine abgeänderte Ausführungsform des in den F i g. i bis 3 dargestellten Gefäßes während der Erhitzung unter Auspumpen, wobei eine Charge einer Verbindung zum Bilden eines Depots eines aktiven Elementes in einem Teil des Gefäßes angebracht ist, der mittels eines engen Rohres mit dem übrigen Teil des Gefäßes in Verbindung steht,

F i g. 5 das- gleiche Gefäß wie in F i g. 4 in einer späteren Stufe, in der das Gefäß abgeschmolzen ist und das Depot des aktiven Elementes gebildet wird,

F i g. 6 das gleiche Gefäß wie in den F i g. 4 und 5 in einer noch späteren Stufe, in der nach Abschmelzen des engen Rohres und Entfernung der Charge ein Material im Dampf des aktiven Elementes einer Zonenschmelzbehandlung unterworfen wird.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein zylindrisches Gefäß aus Quarzglas, das aus einer rohrförmigen Wand 2 besteht, in die unten und oben Quarzglasrohre 3 bzw. 4 eingeschmolzen sind. Die Einschmelzung 5 des Rohres 3 befindet sich gerade über dem unteren Ende des Rohres 2 und bildet den Boden des Gefäßes. Das Rohr 4 ist mit einem angeschmolzenen Flansch 6 Versehen, an dem das obere Ende des Rohres 2 bis 7 angeschmolzen ist. Ein durch tiegelfreies Zonenschmelzen zu behandelnder Stab8 aus Galliumarsenid (GaAs) ist mit den Enden mittels zweier zylindrischer Halter 9 und 10 aus Molybdän an den in das Gefäß hineinragenden Enden der Rohre 3 und 4 befestigt.

ίο Auf dem Boden des Gefäßes ist eine Charge 11 aus kornförmigem Galliumarsenid angebracht. Die Charge 11 und der Stab 8 können durch das obere Ende des Rohres 2 in das Gefäß 1 gebracht werden, bevor dieses Rohr mit dem Flansch 6 verschmolzen ist; Dabei

»5 kann der Stab 8 zuvor mit Hilfe des Halters 10 am Rohr 4 mit dem Flansch 6 befestigt und dann mit dem unteren Ende in den Halter 9 eingeschoben seih. Die Rohre 3 und 4 können benutzt werden, um durch iri ihren Wänden angebrachte öffnungen 12 bzw: 13 einen Strom von inertem Gas durch das Gefäß hindurchzuleiten, wonach das Rohr 4 zugeschmolzen wird. Das Gefäß 1 wird jetzt in einem senkrechten. Widerstandsofen 14 zwischen'zwei Haltern 15 und 16 aus Graphit angeordnet (F i g. 1). Das'Gefäß wird

as durch das' Rohr 3 hindurch entlüftet und dann mit-· tels des Widerständsofens während etwa einer halben Stunde auf eine Temperatur von etwa 650° C erhitzt, wobei an der Gefäßwand adsorbierte Gase und Dämpfe frei werden und abgepumpt werden. Bei dieser Temperatur gibt das Galliumarsenid des Stabes und der Charge keinen Arsendampf ab. Das Gefäß 1 wird danach aus dem Ofen entfernt und unter Aufrechterhaltung des Vakuums durch Zuschmelzeri des Rohres 3 völlig verschlossen.

Das Gefäß I¹ wird jetzt in einer Klemme 20 befestigt; dann wird die Charge Ü erhitzt, z. B. mittels eines Säüerstoff-Wasserstoff-Brenners 21; wobei die Charge eine Temperatur von etwa 1000⁰C annimmt (Fig. 2). Bei dieser Temperatur gibt das Gallhim-

arsehid der Charge 11,'Arsendampf ab, der an kälten Stellen des Gefäßes unter Bildung eines ÄrsendepOts 22 verdichtet wird. Nach etwa 10 Minuten hat sich eine hinreichende Arsenmenge gebildet, was auch aus der Tatsache hervorgeht, daß die Charge 11 durch Bildung von Gallium geschmolzen ist. Die Erhitzung wird dann beendet und nach Abkühlen wird das Rohr in einem Ofen 30 zwischen zwei Graphithalterri 31 und 32 angeordnet (F i g. 3). Diese Graphithalter zusammen mit dem Gefäß können von einem nicht dargestellten Antriebsmechanismus senkrecht im Ofen 30 bewegt werden. Der Ofen 30 besteht aus einem Quarzglasrohr 33, einer Hochfrequenzspule 34, einem über der Spule auf. das Rohr 33 gewickelten Widerstandsdraht 35 und einem unter der Spule auf das Rohr 33 gewickelten Widerstandsdräht 36. Beide Widerstandsdrähte dienen zur Erhitzung des Gefäßes 1 durch Widerstandserhitzung. .

Die Widerstandsdrähte werden jetzt so erregt, daß der innerhalb der unteren Wicklung liegende Teil des Gefäßes eine Temperatur von 61O⁰C und der innerhalb der oberen Wicklung liegende Teil des Gefäßes eine Temperatur von 630° C annimmt. Das Arsendepot 22 verdampft teilweise und es stellt sich im Gefäß ein Arsendampfdruck von etwa ■ Außenluftdruck ein, der dem Sättigungsdruck des Arsens bei 610° C, der Depottemperatur beim nachfolgenden Zonenschmelzverfahren, entspricht. Die Charge 11 des teilweise zersetzten Galliumarsenids, die glcich-

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meinen die verhältnismäßig flüchtigen aktiven EIe- pottemperatur das aktive Element praktisch nicht mente, die bei diesen Verfahren in Dampfform Ver- abzugeben oder aus dem Dampf aufzunehmen verwendung finden, verhältnismäßig reaktiv und infolge- mag. Das Vorhandensein einer solchen Charge im dessen enthält ein aus dem aktiven Element selbst Gefäß während der Erhitzungsbehandlung des Matebestehendes Depot im allgemeinen gebundene Ver- 5 rials hat keine Einwirkung auf den Dampfdruck des unreinigungen, die beim Bilden des Dampfes im Ge- aktiven Elementes, weil diese Charge dabei nur auf fäß in die das zu behandelnde Material umgebende die Depottemperatur oder eine etwas höhere Tempe-Atmosphäre übergehen und das Material verunreini- ratur erhitzt zu werden braucht, gen können. Die Verwendung eines Depots einer zer- Wenn jedoch die Gefahr einer Herabsetzung des setzbaren Verbindung des Elementes hat unter an- io Dampfdruckes des aktiven Elementes, z. B. während derem den Nachteil, daß eine höhere Depottempera- einer längeren Erhitzungsbehandlung des Materials tür erforderlich wird, weil eine solche Verbindung bei völlig ausgeschlossen werden soll, z. B. wenn eine Erhitzung einen niedrigeren Dampfdruck liefert als Charge verwendet werden soll, die nach der Bildung das Element selbst bei Erhitzung auf die gleiche Tem- des Depots auch bei der Depottemperatur eine geperatur. Diese hohe Depottemperatur steigert die Ge- 15 wisse Aktivität in bezug auf den Dampf des Elemenfahr der Verunreinigung der Atmosphäre, z. B. durch tes aufweist, kann erforderlichenfalls nach der BiI-die erhitzten Wände des Gefäßes und ist im allgemei- dung des Depots und vor der Erhitzungsbehandlung nen weniger wirtschaftlich, des Materials der Teil des Gefäßes, in dem sich die

Es ist weiter üblich, das Gefäß vorher dadurch zu Charge befindet, vom übrigen Teil des Gefäßes, in reinigen, daß es unter Hindurchleitung eines inerten 20 dem das zu behandelnde Material und das Depot an-Gasstromes oder unter Auspumpen auf etwa die De- gebracht sind, abgeschlossen werden, pottemperatur oder sogar auf eine etwas höhere Tem- Vorzugsweise findet eine Charge einer Verbindung peratur erhitzt wird, wobei die an den Gefäßwänden Verwendung, bei der mindestens ein Bestandteil eine adsorbierten atmosphärischen Verunreinigungen aus- Gasbindewirkung auf die Atmosphäre im Gefäß ausgeheizt und aus dem Gefäß abgeführt werden. Dieses as übt, z. B. infolge des Vermögens, Sauerstoff in Form Ausheizen könnte jedoch nicht in Anwesenheit des eines nicht flüchtigen thermisch stabilen Oxides zu Depots erfolgen, da während dieser Reinigung das binden. Geeignete Bestandteile zu diesem Zweck sind aktive Element völlig aus diesem Depot verdampfen z.B. Aluminium und Gallium, die an sich wenig und abgeführt werden.würde. Das Depot muß somit flüchtig sind und eine besonders hohe Affinität zu nach dem Ausheizvorgang in das Gefäß eingebracht 3° Sauerstoff aufweisen.

werden, wobei es schwer vermeidbar ist, daß auch Dadurch, daß sich die verwendeten Verbindungen

atmosphärische Verunreinigungen in das Gefäß ein- bei der Depottemperatur und sogar bei etwas höheren

geführt und an den Wänden adsorbiert werden, wo- Temperaturen praktisch nicht oder nur sehr langsam

nach sie ohne Erhitzung schwer zu beseitigen sind. zersetzen können, ist es weiter möglich, nach der An-

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß 35 bringung der Charge im Gefäß dieses bei der Depot-

bereits ein Verfahren zum Reinigen eines chemischen temperatur oder einer höheren Temperatur auszu-

Elementes von Verunreinigungen bekannt ist (DT-AS heizen. Dabei kann die Charge noch hinreichende

10 08 714), bei dem eine Verbindung des Elementes Mengen des aktiven Elementes behalten, um das De-

zonengeschmolzen und anschließend das Element aus pot zu bilden. Da nach dem Ausheizen keine Stoffe

dem gereinigten Teil der Verbindung isoliert wird, 40 mehr in das Gefäß gegeben zu werden brauchen, kann

wobei sich bei der Isolierung durch Erhitzung ein bei diesem Verfahren das Einbringen atmosphärischer

Depot des Elementes bildet. Auch bei diesem Verfah- Verunreinigungen nach dem Ausheizvorgang vermie-

ren besteht die Gefahr, daß aus den oben dargelegten den werden. .·-..,

Gründen das Element wieder verunreinigt wird. Die Erfindung läßt sich für Erhitzungsbehandlun-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ge- 45 gen von Materialien im Dampf einer leicht verdampf-

nähnten Nachteile der bekannten Verfahren zu ver- baren Verunreinigung verwenden, z. B. bei Erhit-

meiden. . Zungsbehandlungen von Germanium oder Silizium

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- im Dampf von Phosphor, Arsen oder Antimon. Sie löst, daß vor Beginn der Wärmebehandlung in dem findet vorzugsweise Anwendung bei Erhitzungsbebereits verschlossenen Gefäß die das aktive Element 5° handlungen von Materialien, die aus bei Erhitzung enthaltende Verbindung auf eine Temperatur erhitzt zersetzbaren Verbindungen bestehen, im Dampf des wird, bei der sie sich mindestens teilweise zersetzt, flüchtigsten Bestandteiles dieser Verbindung, wobei wobei durch Ablagerung des frei werdenden flüchti- zur Bildung des Depots dieses Bestandteiles eine Vergen Bestandteiles aus der Verbindung im Gefäß ein bindung Verwendung findet, die gleichfalls diesen Depot des aktiven Elementes gebildet wird, und daß 55 Bestandteil als den flüchtigsten Bestandteil enthält, anschließend während der eigentlichen Wärmebe- Vorzugsweise ergibt sich dabei das Depot dieses flüchhandlung das Depot des aktiven Elementes auf einer tigsten Bestandteiles durch Erhitzung einer Charge, Temperatur (Depottemperatur) gehalten wird, die die aus einer Verbindung besteht, die entweder idenniedriger ist als die Zersetzungstemperatur der Ver- tisch mit der Verbindung ist, aus der das zu behanbindung, die aber ausreicht, um in dem Gefäß einen 60 delnde Material besteht oder sich von dieser letzteren für die Wärmebehandlung des Materials ausreichend Verbindung dadurch unterscheidet, daß das zu behohen Dampfdruck des aktiven Elementes aufrecht- handelnde Material aus einer bei Erhitzung zersetzzuerhalten. baren Verbindung besteht, die ein Element enthält,

Dabei findet vorzugsweise eine Charge einer Ver- das identisch ist mit dem das Depot bildenden aktiven

bindung Verwendung, die sowohl vor als auch nach 65 Element, und daß die Depot-liefernde Charge eine

der Bildung des Depots bei der Depottemperatur Verbindung ist mit mindestens einem Homologen des

praktisch inaktiv in bezug auf den Dampf des akti- nicht dem aktiven Element entsprechenden Bestand-

ven Elementes ist, d. h., daß die Charge bei der De- teils der Verbindung des zu behandelnden Materials,

falls auf eine Temperatur von 610° C erhitzt wird, ist in bezug auf den Arsendampf inaktiv und beeinflußt infolgedessen den Arsendampfdruck nicht. Das Gallium kann aber mit gegebenenfalls weiterhin frei werdenden Sauerstoffresten unter Bildung festen Galliumoxids reagieren. Das Gefäß wird nun so angeordnet, daß die Hochfrequenzspule 34 den zu behandelnden Stab von Galliumarsenid in der Nähe des unteren Stabhalters 9 umgibt. Die Spule 34 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Hochfrequenzgenerators erregt, wobei der innerhalb der Spule 34 befindliche Teil des Stabes 8 erhitzt wird und sich eine Zone 37 geschmolzenen Galliumarsenids bildet. Das geschmolzene Galliumarsenid hat dabei eine Temperatur zwischen 1238⁰C (dem Schmelzpunkt des Galliumarsenids) und etwa 1250° C. Bei diesen hohen Temperaturen kann sich Galliumarsenid zersetzen, jedoch in diesem Falle wird diese Zersetzung durch den vorhandenen Arsendampf verhindert.

Die geschmolzene Zone kann jetzt auf die beim Zonenschmelzen übliche Weise durch den Stab verschoben werden, indem die Halter 31 und 32 des Gefäßes allmählich herabbewegt werden, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 1 mm in der Minute. Der Ofen 30 muß dabei so lang sein, daß während dieser Verschiebung das Gefäß 1 im Ofen bleibt (was in der Fig. nicht dargestellt ist), damit die niedrigste Temperatur im Gefäß, die Depottemperatur, auf 610° C aufrecht erhalten werden kann.

Nachdem die geschmolzene Zone 37 im Stab 8 bis zu einem Punkt in der Nähe des Halters 10 verschoben worden ist, wird sie zum Erstarren gebracht, z. B. durch Unterbrechung des Hochfrequenzstromes in der Spule. Erforderlichenfalls kann erneut eine geschmolzene Zone im Stab in der Nähe seines unteren Endes gebildet und auf die bereits beschriebene Weise zum oberen Ende des Stabes hin verschoben werden. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, um das Material zu säubern. Es kann auch von einem aus Einkristallmaterial bestehenden unteren Teil ausgegangen werden und auf an sich bekannte Weise ein stabförmiger Einkristall hergestellt werden.

Zum Erhalten des Arsendepots kann auch gemäß einer Variante der beispielsweise an Hand der F i g. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsform eine Charge von Aluminiumarsenid in das Gefäß 1 gegeben und erhitzt werden.

Eine weitere abgeänderte Ausführungsform wird nachstehend an Hand der F i g. 4 bis 6 näher erläutert. F i g. 4 zeigt ein Gefäß 40, das dem in F i g. 1 dargestellten Gefäß nahezu entspricht, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Das Gefäß enthält in diesem Fall jedoch auch ein Anhängsel 41 mit einer Quarzglaswand, die an die rohrförmige Wand 2 des Gefäßes angeschmolzen ist, wobei ein schmaler rohrförmiger Teil 42 die Verbindung zwischen dem Anhängsel 41 und dem übrigen Teil des Gefäßes bildet. Im Gefäß ist ein durch Zonenschmelzen zu behandelnder Stab 43 aus Galliumarsenid angebracht. Im Anhängsel ist eine Charge 44 aus Indiumarsenid angeordnet. F i g. 4 zeigt, wie das Gefäß zwischen zwei Haltern 45 und 46 in einem Widerstandsofen 47 während etwa einer halben Stunde auf etwa 650⁰C erhitzt wird, wobei die frei werdenden adsorbierten Gase durch das Rohr 3 abgepumpt werden. Bei dieser Temperatur zersetzt sich das Indiumarsenid der Charge 44 zu einem geringen Teil sehr langsam, wobei der entweichende Arsendampf durch das Rohr abgeführt wird.

F i g. 5 zeigt eine weitere, der Stufe der F i g. 2 entsprechende Stufe, nachdem das Gefäß 40 aus dem

5 Ofen 4 entfernt und das Rohr abgeschmolzen worden ist. Das Gefäß ist an einer Klemme 50 befestigt und das Anhängsel wird z. B. mit Hilfe eines Leuchtgas-Sauerstoff-Brenners 51 erhitzt, wobei die Charge 44 bei einer Temperatur zwischen 800 und 900° C zersetzt wird unter Bildung von Arsendampf, aus dem sich in den kalten Teilen des Gefäßes 40 außerhalb des Anhängsels ein Arsendepot 52 bildet.

Um sicherzugehen, daß beim nachherigen Zonenschmelzen, bei dem eine Depottemperatur von 610° C Anwendung findet, die Charge 44 aus ganz oder teilweise zersetztem Indiumarsenid keinen Arsendampf aufnehmen und den Arsendampfdruck nicht herabsetzen kann, wird das Anhängsel 41 dadurch vom übrigen Teil des Gefäßes 40 abgeschlossen, daß das Verbindungsrohr 42 z. B. an der mit 53 gekennzeichneten Stelle zugeschmolzen wird. Das Anhängsel wird durch Abschmelzen völlig entfernt.

Für das Zonenschmelzen des Stabes kann jetzt der in F i g. 3 dargestellte Ofen Verwendung finden, wobei das Gefäß 40 zwischen den verschiebbaren Haltern 31 und 32 angebracht wird (F i g. 6). Für die Bildung des Arsendampfes aus dem Arsendepot 52 kann wieder eine Depottemperatur von 610° C Anwendung finden. Mittels der Hochfrequenzspule 34 läßt sich im Stab 43 eine geschmolzene Zone 60 erzeugen und die Zonenschmelzbehandlung kann auf die bereits geschilderte Weise durchgeführt werden, wobei der Arsendampf die Zersetzung des geschmolzenen Galliumarsenids verhütet.

Bei den vorstehend als Beispiel beschriebenen Ausführungsformen wird Galliumarsenid in einer Arsenatmosphäre behandelt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Erhitzungsbehandlung dieser bestimmten Verbindung, sondern sie kann auch erfolgreich bei Erhitzungsbehandlungen anderer Verbindungen, z. B. anderer Verbindungen vomTypA^IH-B^v, wie der Arsenide von Indium und Aluminium und der Antimonide und Phosphide von Indium, Gallium und Aluminium Anwendung finden. Zum Beispiel können Schmelzbehandlungen von Indiumarsenid (Schmelzpunkt 940° C) in Arsendampf bei einer Depottemperatur von 560° C erfolgen, während sich das Arsendepot durch Erhitzung einer im Gefäß angebrachten Charge von Indiumarsenid, Galliumarsenid oder AIuminiumarsenid erhalten läßt.

Weiter ist die Erfindung nicht auf Zonenschmelzen ohne Tiegel beschränkt, sondern sie umfaßt auch andere Erhitzungsbehandlungen, z. B. Zonenschmelzen in einem Tiegel, Aufziehen von Kristallen aus einer Schmelze und Sinterbehandlungen.

Die Erfindung kann weiter auch dazu Anwendung finden, einen wirksamen Störstoff in ein Halbleitermaterial dadurch einzubringen, daß dieses im Dampf dieses Störstoffes erhitzt wird, oder aber es kann während einer Erhitzungsbehandlung eines Halbleitermaterials das Ausdampfen eines im Material enthaltenen wirksamen Störstoffes mit Hilfe des Dampfes dieses Störstoffes verhindert werden. Dabei braucht das Halbleitermaterial nicht unbedingt aus einer Verbindung zu bestehen, sondern es kann auch ein elementarer Halbleiter sein, z. B. Germanium oder Silizium.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kristallisieren, Reinigen und/oder Dotieren eines Materials unter Bedingungen, die hohe Reinheit erfordern mittels Wärmebehandlung, in einem geschlossenen Gefäß, in dem Dampf eines aktiven Elementes, der durch thermische Zersetzung einer das aktive Element enthaltenden Verbindung gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der Wärmebehandlung in dem bereits verschlossenen Gefäß die das aktive Element enthaltende Verbindung auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sie sich mindestens teilweise zersetzt, wobei durch Ablagerung des frei werdenden fluchtigen Bestandteiles aus der Verbindung im Gefäß ein Depot des aktiven Elementes gebildet wird, und daß anschließend während der eigentlichen Wärmebehandlung das Depot des aktiven Elementes auf einer Temperatur (Depottemperatur) a° gehalten wird, die niedriger ist als die Zersetzungstemperatur der Verbindung, die aber ausreicht, um in dem Gefäß einen für die Wärmebehandlung des Materials ausreichend hohen Dampfdruck des aktiven Elementes aufrechtzuerhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung des Depots und vor der Erhitzungsbehandlung des Materials der Teil des Gefäßes, in dem die Charge der Verbindung angebracht ist, vom übrigen Teil des Gefäßes, in dem das Material und das Depot untergebracht sind, abgeschlossen wird.

3. Verfahren' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Depot-liefemde Charge einer Verbindung Verwendung findet, die bei der Depottemperatur das aktive Element praktisch nicht abzugeben oder aus dem Dampf wieder aufzunehmen vermag.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mindestens einen Bestandteil enthält, der eine Getterwirkung auf die Atmosphäre im Gefäß ausübt und der insbesondere eine hohe Affinität zu Sauerstoff hat.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Anbringung der Charge im Gefäß und vor der Bildung des Depots das Gefäß bei mindestens der Depottemperatur ausgeheizt und dann abgeschlossen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Material aus einer bei Erhitzung zersetzbaren Verbindung besteht und daß die verwendete Verbindung zur Bildung des Depots als flüchtigsten Bestandteil ein aktives Element enthält, das identisch mit dem flüchtigsten Bestandteil der Verbindung ist, aus der das zu behandelnde Material besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung des Depots verwendete ,Verbindung identisch mit der Verbindung ist, aus der das zu behandelnde Material besteht.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Material aus einer bei Erhitzung zersetzbaren Verbindung besteht, die ein Element enthält, das identisch ist mit dem das Depot bildenden aktiven Element, und daß die Depot-liefernde Charge eine Verbindung ist mit mindestens einem Homologen des nicht dem aktiven Element entsprechenden Bestandteils der Verbindung des zu behandelnden Materials, wobei das aktive Element leichter flüchtig ist als das Homologe.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Material aus einem Halbleitermaterial vom Typ A^IU-B^V besteht und daß zur Bildung des Depots eine Verbindung Verwendung findet, die das entsprechende Element B^v als flüchtigsten Bestandteil enthält.