DE1619986C3 - Process for the production of silicon carbide crystals with a p-n junction - Google Patents

Process for the production of silicon carbide crystals with a p-n junction

Info

Publication number
DE1619986C3
DE1619986C3 DE19671619986 DE1619986A DE1619986C3 DE 1619986 C3 DE1619986 C3 DE 1619986C3 DE 19671619986 DE19671619986 DE 19671619986 DE 1619986 A DE1619986 A DE 1619986A DE 1619986 C3 DE1619986 C3 DE 1619986C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon carbide
crystals
junction
production
carbide crystals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19671619986
Other languages
German (de)
Other versions
DE1619986B2 (en
DE1619986A1 (en
Inventor
Wilhelmus Franciscus Eindhoven Knippenberg (Niederlande); Moore, Arthur, William, Parma, Ohio (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from NL6615060A external-priority patent/NL6615060A/xx
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE1619986A1 publication Critical patent/DE1619986A1/en
Publication of DE1619986B2 publication Critical patent/DE1619986B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1619986C3 publication Critical patent/DE1619986C3/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Siliciumcarbidkristallen für Halbleitervorrichtungen.The invention relates to the production of silicon carbide crystals for semiconductor devices.

Es ist bekannt, daß Siliciumcarbidkristalle mit einem p-n-Übergang dadurch hergestellt werden können, daß während des Anwachsens des Kristalls durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre an der Wand eines von Siliciumcarbid begrenzten Raumes bei Temperaturen von etwa 25000C nacheinander Dotierungen, die verschiedene Leitungseigenschaften des Siliciumcarbids herbeiführen, der Gasatmosphäre zugeführt werden.It is known that silicon carbide crystals with a pn junction can be produced by doping successively during the growth of the crystal by recrystallization and / or condensation in an inert gas atmosphere on the wall of a space delimited by silicon carbide at temperatures of about 2500 0 C, which bring about the various conductivity properties of silicon carbide, are fed into the gas atmosphere.

Infolge von Eindiffusion der Dotierungen in die Kristalle bei den sehr hohen Temperaturen wird aber ein scharfer Übergang zwischen den p- und η-Zonen nicht erreicht.As a result of diffusion of the doping into the crystals at the very high temperatures, however, a sharp transition between the p and η zones not achieved.

Bei Prüfungen, die zur Erfindung geführt haben, hat sich ergeben, daß unter den üblichen Dotierungen für Siliciumcarbid das als Akzeptor wirksame Aluminium das Anwachsen von Siliciumcarbidkristallen durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in wesentlichem Maße begünstigt. Dadurch ist es möglich, das Anwachsen des p-leitenden Teiles des Kristalles bei einer um 200 bis 3000C niedrigeren Temperatur durchzuführen als bei der Bildung des η-leitenden Teiles erforderlich war, woraus sich eine stark verringerte Diffusion in der Grenzzone zwischen diesen Teilen ergibt. Auf diese Weise kann ein Kristall mit einem beträchtlich schärferen Übergang zwischen den p- und η-Zonen verwirklicht werden, was der Qualität von mit diesen Kristallen auf die übliche Weise hergestellten Halbleitervorrichtungen, wie Dioden und Transistoren, besonders zuträglich ist.Tests leading to the invention have shown that, among the usual dopings for silicon carbide, aluminum, which acts as an acceptor, promotes the growth of silicon carbide crystals by recrystallization and / or condensation to a significant extent. This makes it possible to carry out the growth of the p-conductive part of the crystal at a temperature 200 to 300 ° C. lower than was required for the formation of the η-conductive part, which results in a greatly reduced diffusion in the boundary zone between these parts . In this way, a crystal with a considerably sharper transition between the p- and η-zones can be realized, which is particularly beneficial for the quality of semiconductor devices, such as diodes and transistors, manufactured with these crystals in the usual way.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidkristallen, bei denen ein p-n-Übergang dadurch erhalten wird, daß während des Anwachsens der Kristalle durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre in einem von Siliciumcarbid begrenzten Raum nacheinander Dotierungen, die verschiedene Leitungseigenschaften in Siliciumcarbid herbeiführen, dem Kristallisationsraum zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von 2300 bis 26000C in Anwesenheit eines Donators n-Typ-Siliciumcarbidkristalle gebildet werden, die Temperatur bis unter 20000C herabgesetzt wird, anschließend, nachdem der Kristallisationsraum völlig von Donator befreit worden ist, diesem Raum als Akzeptor Aluminium zugeführt und das Anwachsen der Siliciumcarbidkristalle bei einer Temperatur fortgesetzt wird, die um 200 bis 3000C niedriger ist als die, bei der die n-Typ-Kristalle gebildet worden sind.The invention relates to a method for producing silicon carbide crystals in which a pn junction is obtained by successively doping the various conductivity properties in silicon carbide during the growth of the crystals by recrystallization and / or condensation in an inert gas atmosphere in a space delimited by silicon carbide bring about, are fed to the crystallization chamber, characterized in that n-type silicon carbide crystals are formed at temperatures of 2300 to 2600 0 C in the presence of a donor, the temperature is reduced to below 2000 0 C, then after the crystallization chamber is completely freed of donor aluminum has been supplied to this space as an acceptor and the growth of the silicon carbide crystals is continued at a temperature which is 200 to 300 ° C. lower than that at which the n-type crystals have been formed.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden an Hand der Zeichnung und durch einige Beispiele näher verdeutlicht. The invention is illustrated in more detail below with reference to the drawing and a few examples.

Beispiel 1example 1

Wie in F i g. 1 im Schnitt dargestellt, wird ein Kern 2 in ein Graphitrohr 1 eingesetzt und der Zwischenraum mit Siliciumcarbid 3 ausgefüllt, das durch Pyrolyse von Methylchlorsilan SiHCbCHj in Wasserstoff erhalten worden ist.As in Fig. 1 shown in section, a core 2 is inserted into a graphite tube 1 and the gap filled with silicon carbide 3 obtained by pyrolysis of methylchlorosilane SiHCbCHj in hydrogen has been.

Das Siliciumcarbidpulver wird angedrückt und der Kern 2 vorsichtig entfernt, worauf das Ganze gesintert wird.The silicon carbide powder is pressed on and the core 2 is carefully removed, whereupon the whole is sintered will.

Das entstandene, aus dem Graphitzylinder 1 und dem Zylinder 4 aus gesintertem Siliciumcarbid bestehende Gefäß wird, wie in F i g. 2 dargestellt, beiderseits durch Platten 5 verschlossen. Anschließend wird in einer Quarzhülle 6 in Argon mit 0,1% Stickstoff bei atmosphärischem Druck mittels der Hochfrequenzspirale 7 auf 25500C erhitzt. Dabei entstehen nahezu senkrecht zur Gefäßwand durch Rekristallisierung und/oder Kondensation plattenförmige Siliciumcarbidkristalle, die n-Ieitend sind.The resulting vessel consisting of the graphite cylinder 1 and the cylinder 4 made of sintered silicon carbide is, as shown in FIG. 2, closed on both sides by plates 5. Is heated with 0.1% of nitrogen at atmospheric pressure by means of the high frequency coil 7 to 2550 0 C. Subsequently, in a quartz envelope 6 in argon. Plate-shaped silicon carbide crystals, which are n-conductive, arise almost perpendicular to the vessel wall through recrystallization and / or condensation.

Nach Abkühlung wird, wie in F i g. 3 veranschaulicht, das Gefäß 1 bis 4 auf ein Graphitgefäß 9 gesetzt, welches Aluminiumcarbid 10 enthält, und das Ganze wird mittels einer Platte 5 verschlossen. Bei Erhitzung der Kristalle 8 auf 2250°C und des Aluminiumcarbids 10 auf 21000C in einer Argonatmosphäre wird dann p-leitendes Siliciumcarbid, das Aluminium als Akzeptor enthält, epitaxial an den Kristallen abgesetzt.After cooling, as in FIG. 3 illustrates, the vessels 1 to 4 are placed on a graphite vessel 9 which contains aluminum carbide 10, and the whole is closed by means of a plate 5. On heating of the crystals at 2250 ° C and the aluminum carbide 10 to 2100 0 C in an argon atmosphere, then p-type silicon carbide, aluminum as acceptor contains 8, epitaxially deposited on the crystals.

In F i g. 4 ist ein solcher Kristall schematisch im Schnitt dargestellt. Der η-leitende Teil 11 des Kristalls enthält ungefähr 0,001% Stickstoff und der p-leitende Teil 12 etwa 0,1% Aluminium.In Fig. 4 such a crystal is shown schematically in section. The η-conductive part 11 of the crystal contains about 0.001% nitrogen and the p-type portion 12 contains about 0.1% aluminum.

Dieser Kristall wird zu Plättchen von je 1 mm2 und 0,5 mm Stärke gesägt, die, wie in F i g. 5 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, an dem η-leitenden Teil 11 und dem p-leitenden Teil 12 durch das Aufschmelzen einer Goldlegierung 14 mit 5% Tantal bei 1300° C mit Platinkontaktdrähten 13 versehen werden.This crystal is sawn into platelets, each 1 mm 2 and 0.5 mm thick, which, as shown in FIG. 5 is shown on an enlarged scale, on the η-conductive part 11 and the p-conductive part 12 are provided with platinum contact wires 13 by melting a gold alloy 14 with 5% tantalum at 1300 ° C.

Die entstandene Diode strahlt bei Belastung mit 10 V 30 mA orangefarbenes Licht aus. Bei höheren Injektionsströmen, wie z. B. 300 mA, wird blaues Licht emittiert. The resulting diode radiates when loaded with 10 V. 30 mA orange light off. At higher injection currents, such as. B. 300 mA, blue light is emitted.

Beispiel 2Example 2

Auf ähnliche Weise wie im Beispiel 1 beschrieben werden plattenförmige η-leitende Siliciumcarbidkristal-Ie 8 hergestellt, an denen Siliciumcarbid epitaxial abgeschieden wird, das durch die Zuführung von Aluminium und Bor über die Gasphase p-leitend ist. Dazu wird in das Gefäß 9 ein Gemisch von Aluminiumcarbid und Borcarbid gegeben. Das Abscheiden des p-leitenden Siliciumcarbids wird bei denselben Temperaturen durchgeführt, wie im Beispiel 1 angegeben.In a manner similar to that described in Example 1, plate-shaped η-conductive silicon carbide crystals are obtained 8 produced, on which silicon carbide is deposited epitaxially, which by the addition of aluminum and boron is p-type through the gas phase. For this purpose, a mixture of aluminum carbide and Given boron carbide. The deposition of the p-conducting silicon carbide is carried out at the same temperatures as indicated in example 1.

Durch die Anwesenheit des Aluminiums konnte auch hier die Abscheidung bei einer niedrigeren TemperaturDue to the presence of the aluminum, the deposition could take place at a lower temperature

vorgenommen werden als bei der Bildung der n-leitenden Substratkristalle notwendig war, und infolge des Umstandes, daß Bor schneller in Siliciumcarbid eindiffundiert als Aluminium, ist das aufgenommene Bor Farbe des Lichtes, das von einer Diode (F i g. 5) ausgestrahlt wird. Bei einem Injektionsstrom von 30 mA bei 10 V wird grünes Licht emittiert. Bei höheren Injektionsströmen, wie z. B. 300 mA, hat das Licht, ebensocan be made than in the formation of the n-type Substrate crystals was necessary, and due to the fact that boron diffuses faster into silicon carbide As aluminum, the absorbed boron is the color of the light emitted by a diode (Fig. 5) will. With an injection current of 30 mA at 10 V, green light is emitted. At higher injection currents, such as B. 300 mA, has the light, as well

maßgebend für den p-n-Übergang und daher für die 5 wie bei der Diode nach Beispiel !,eine blaue Farbe.decisive for the p-n junction and therefore for the 5 as with the diode according to the example!, a blue color.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidkristallen, bei denen ein p-n-Übergang dadurch erhalten wird, daß während des Anwachsens der Kristalle durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre in einem von Siliciumcarbid begrenzten Raum nacheinander Dotierungen, die verschiedene Leitungseigenschaften in Siliciumcarbid herbeiführen, dem Kristallisationsraum zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von 2300 bis 26000C in Anwesenheit eines Donators n-Typ-Siliciumcarbidkristalle gebildet werden, die Temperatur bis unter 2000°C herabgesetzt wird, anschließend, nachdem der Kristallisationsraum völlig vom Donator befreit worden ist, diesem Raum als Akzeptor zugeführt und das Anwachsen der Siliciumcarbidkristalle bei einer Temperatur fortgesetzt wird, die um 200 bis 300°C niedriger ist als die, bei der die η-Typ-Kristalle gebildet worden sind.Process for the production of silicon carbide crystals, in which a pn-junction is obtained by doping successively during the growth of the crystals by recrystallization and / or condensation in an inert gas atmosphere in a space delimited by silicon carbide, which induce different conduction properties in silicon carbide, the crystallization space are supplied, characterized in that n-type silicon carbide crystals are formed at temperatures of 2300 to 2600 0 C in the presence of a donor, the temperature is reduced to below 2000 ° C, then after the crystallization space has been completely freed from the donor, this Space is supplied as an acceptor and the growth of silicon carbide crystals is continued at a temperature lower by 200 to 300 ° C than that at which the η-type crystals have been formed.
DE19671619986 1966-10-25 1967-10-04 Process for the production of silicon carbide crystals with a p-n junction Expired DE1619986C3 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL6615060 1966-10-25
NL6615060A NL6615060A (en) 1966-10-25 1966-10-25
DEN0031337 1967-10-04

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1619986A1 DE1619986A1 (en) 1970-03-26
DE1619986B2 DE1619986B2 (en) 1975-11-06
DE1619986C3 true DE1619986C3 (en) 1976-06-24

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gershenzon et al. Electroluminescence at p‐n Junctions in Gallium Phosphide
DE1056747C2 (en) Process for the production of several p-n junctions in semiconductor bodies for transistors by diffusion
US3458779A (en) Sic p-n junction electroluminescent diode with a donor concentration diminishing from the junction to one surface and an acceptor concentration increasing in the same region
DE2131391C2 (en) Gallium phosphide electroluminescent diode
DE2231926A1 (en) METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR MATERIAL AND FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DEVICES
US3703671A (en) Electroluminescent device
US3615930A (en) Method of manufacturing silicon carbide crystals
DE1166938B (en) Method for manufacturing a semiconductor device
DE3721761C2 (en)
Bhattacharya et al. Impurity and defect levels in beryllium‐doped GaAs grown by molecular beam epitaxy
DE1439429A1 (en) Method of manufacturing a semiconductor current gate of the pnpn type
DE1619986C3 (en) Process for the production of silicon carbide crystals with a p-n junction
DE2755418A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR COMPONENT
DE1539606B2 (en) Electroluminescent gallium phosphide crystal and process for its manufacture
DE1644045B2 (en) Process for the production of doped gallium phosphide single crystals for use as semiconductor bodies in electroluminescent components with a pn junction
US3773571A (en) Preparation of semiconductor ternary compounds of controlled composition by predetermined cooling rates
DE2752107A1 (en) ELECTROLUMINESC ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING IT
DE1639146C3 (en) Process for the production of an electroluminescent semiconductor diode with a p-n junction
Campbell et al. Silicon carbide junction devices
DE69425530T2 (en) GaP substrate for a purely green light emitting device
GB1468106A (en) Method and apparatus for crystal growth
DE2026048A1 (en) Injection light emitting diode and method for making the same
AT229371B (en) Method for manufacturing a semiconductor device
DE2010745C3 (en) Method for producing a gallium arsenide single crystal with a pn junction
AT224693B (en) Method for manufacturing a semiconductor device