DE2133875A1 - Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle - Google Patents

Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle

Info

Publication number
DE2133875A1
DE2133875A1 DE19712133875 DE2133875A DE2133875A1 DE 2133875 A1 DE2133875 A1 DE 2133875A1 DE 19712133875 DE19712133875 DE 19712133875 DE 2133875 A DE2133875 A DE 2133875A DE 2133875 A1 DE2133875 A1 DE 2133875A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crystal
semiconductor material
melt
less
single crystal
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.)
Pending
Application number
DE19712133875
Other languages
English (en)
Inventor
Christa Dr Grabmaier
Walter Prof Dr Heywang
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19712133875 priority Critical patent/DE2133875A1/de
Publication of DE2133875A1 publication Critical patent/DE2133875A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B27/00Single-crystal growth under a protective fluid
    • C30B27/02Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

  • Verfahren zum Ziehen von Einkristallen, insbesondere für Keimkristalle Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ziehen eines im wesentlichen stabförmigen Einkristalles aus Halbleitermaterial.
  • nach dem Schutzschmelzverfahren (liquid encapsulating technique), bei dern, ausgehend von einem Keimkristall, vorzugsweise gleichartiges, in einem Tiegel befindliches, mit der Schutzschmelze bedecktes, geschmolzenes Halbleitermaterial zum Aufwaclisen gebracht wird und das bereits aufgewachsene Material durch die Ziehbewegung von der Schmelze fortbewegt wird.
  • Es ist bekannt, nach dem sog. Schutzschmelzverfahren stabförmige Halbleitereinkristalle herzustellen, deren Material; eine Verbindung ist, die eine Komponente enthält, die - für sich genommen einen hohen Dampfdruck besitzt, d.h. leicht flüchtig ist. Derartige Halbleitermaterialien sind insbesondere Galliumarsenid, Galliumphosphid und Indiumphosphid, sowie Mischkristalle aus derartigen Verbindungen und Mischkristalle dieser Verbindungen mit anderen Materialien. Bekanntlich dient die Schutzschmelze dazu, die Abdampfung der leicht flüchtigen Komponente des in einem Tiegel geschmolzenen Halbleitmaterials weitgehend zu unterbinden.
  • Außer nach dem Schutzschmelzverfahren sind aus wie oben angegebenen Halbleitermaterialien Einkristalle auch nach einem Tiegelziehverfaliren (Gremmelmaier-Verfahren) hergestellt worden, bei dem die Schmelze unter einem entsprechend erhöhten Dampfdruck der flüchtigen Komponente gehalten wird.
  • Die nach dem S<chutzschmelzverfahren hergestellten Einkristalle, vorzugsweise aus Galliumarsenid, haben eine relativ große Versetzungsdichte. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Dichte der Versetzungen in dem gezogenen Einkristall zu verringern, wenn nicht ganz zu beseitigen, um versetzungsarmesbzw. versetzungsfreis, einkristallines Halbleitermaterial einer Verbindung mit einer flüchtigen Komponente zu gewinnen. Insbesondere soll dieses Verfahren in technisch einfacher Weise durchführbar sein Unter versetzungsarm sind hier Versetzungsdichten unter 1000 Versetzungen pro cm zu verstehen.
  • Diese Aufgabe wird durch eln wie eingangs angegebenes Verfahren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Einkristall gezogen wird, der in Ziehrichtung gesehen von einem größeren Querschnitt auf einen kleinerem Querschnitt verüngt und nach erfolgter Verjüngung anschließend wieder auf einen größeren Querschnitt verdickt wird. Auf diese Weise ist-es möglich, einen versetzungsarmen bis versetzungsfreien Einkristall aus einer Halbleiterverbindung mit einer flüchtigen Komponente, wie z.B. Galliumarsenid, Galliumphosphid, zu gewinnen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Verjüngung und Verdickung des stabförmigen Einkristalls während seiner Herstellung nach dem Schutzschmelzverfahren mehrfach aufeinanderfolgend auszuführen. Wie überraschenderweise festgestellt wurde, konnten auf diese Weise, ausgehend von noch relativ versetzungsreichen Keimkristallen, Einkristalle, beispielsweise aus Galliumarsenid, hergestellt werden, die sogar völlig versetzungsfrei sind.
  • ür versetzungsarmes bzw. versetzungsfreies Halbleitermaterial besteht ein erheblicher Bedarf, urid zwar insbesondere für die seit langem bekannten Lumineszenzdioden. Versetsungsarmes ruder versetzungsfreies Kristallmaterial wird auch für Keimkristalle mit großem Querschnitt, insbesondere zur Materialherstellung, benötigt.
  • Das nach dem erf{indungsgemäßen Verfahren baw. seiner Weiterbildung erzielte Ergebnis ist überraschend, und zwar insbesondere deshalb, weil die Fachwelt schon seit langem die Verwendung des bereits lange bekannten Schutzschmelzverfahrens für die Herstellung von versetzungsarmen bzw. versetzungsfreien Einkristallen derartigen Halbleitermaterials filr ausgeschlossen hielt iind daher z.B. das ebenfalls schon lange bekannte Gremmelmaier-Verfahren anwendete.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der, z.B. von der.
  • Herstellung von versetzungsarmen Silizium-Einkristallen her an sich bekannten Tatsache ausgegangen, daß im Einkristall, z.B.
  • im Keimkristall, vorhandene Versetzungen bei weiterem Auswachsen von Halbleitmaterial und bei entsprechend dünnem Querschnitt tisch dem Rande zu aus dem Kristall auswachsen. Die bekannte Leh@e ging dementsprechend dahin, den stabförmigen Einkristall für ein größere Länge mit einem relativ geringen Querschnitt, beispeilsweise mit einem Durchmesser von nur 1 bis 2 inni, zu ziehen. Die Längenabmessung des dünnen Teiles des Einkristalles wurde als wesentlich betrachtet.
  • Der ErfirMung liegt dagegen die Erkenntnis zugrunde, daß für die Verringerung der Versetzungen in einem Einkristall des obenbezeichneten Materials der Vorgang der Verjüngung selbst entscheidend ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde festgestellt, daß die Versetzungen im wesentlichen beim Verjüngen auswandern und dort verschwinden. Die Länge des eigentlichen Kristallhalses wurde beim Calliuarsenid-Kristallziehen nach dem erfindungsgemäß verwendeten Schutzsc.hmelzverfabren als von untergeordneter Bedeutung erkannt. Es wurde festgestellt, daß die Stöchiometrie der Schmelze für das erfindungsgemäße Verfahren weniger kritisch wenn nicht sogar unkritisch ist, sofern nur die -Ziehgeschwindigkeit, gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung so klein gehalten wird, daß durch Nachdiffusion der an sich flüchtigen Komponente innerhalb der Schmalze im Bereich der Wachstumsfront für eine stöchiometrische Auskristallisation gesort wird. Es wurde festgestellt, daß dies bei einer Ziehgeschwindigkeit von weniger als 10 mm pro Stunde, vorzugsweise weniger als 6 mm pro Stunde, erreicht ist. Für die Gestalt der Aufwachsfront wird eine.ebene bis konvexe Form der Aufwachsfläche des Kristalls bevorzugt. An der Phasenbrenze fest-flüssig soll der Temperaturgradient des Kristalles etwa 100°K/cm oder weniger betragen. Die Erfüllung-dieser Forderung wird bei dem erfinedungsgemäßen Verfahren durch das Vorhandensein der Schutzschmelze, z.B. aus Boroxid, begünstigt, da diese Schmelze mit ihrer Dicke zwischen' beispielsweise 10 und 15 mm auch als Nachheizzone für den gezogenen Einkristall wirksam ist.
  • Die bisher bekannte Erfahrung, daß nur durch vergrößerte Länge des dünnen Halses eine Beseitigung der Versetzungen möglich sei, ist zumindest für das erflndungsgemäße Verfahren nicht gültig.
  • -Dagegen war es aber möglich, ausgehend von einem relativ versetzungsreichen Keimkristall versetzungsfreies bzw. nahezu versetzungsfreies Galliumarsenid gemäß der Weiterbildung der Erwindung, nämlich. durch mehrfaches Verjüngen und Jeweils wieder anschließendes Verdicken des Kristalles zu- erreichen. Es wurde festgestellt, daß die anschließende Verdickung nicht nur der Herstellung größerer Kristalle dienlich ist, sondern daß die Maßnahme der Verdickung des Kristalle zur Verringerung bzw. Beseitigung von Versetzungen beiträgt. Bei der Verdickung wird. darauf geachtet, daß keine neuen Versetzungen in den Kristall vom Rande her einwachsen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß für die Schutzschmelze einhoch-wasserfreies Boroxid verwendet wird. Es kommt darauf an, daß sich in der Schutzschmelze nur möglichst wenig Arsen löst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, verschiedene tech-.
  • nische Anforderungen zu erfüllen. Es ist vorteilhaft anwendbar für die Herstellung versetzungsarmen einkristallinen Halbleitermaterials f das zur Herstellung von Halbleiterbauelementen Verwendung findet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird aber aucb mit Vorteil angewendet, um Keimkristalle ohne Versetzungen oder mit nur geringer Versetzungsdichte herzustellen, die in der Produktion des entsprechenden Halbleitermaterials als Keime Verwendung finden.
  • Für die erfindungsgemäß vorzunehmende Verjüngung hat sich, abgesehen von der bereits oben erwähnten Ziehgeschwindigkeit, eine Bemessung als besonders vorteilhaft erwiesen, nach der die Verjüngung mit einer Steigung der Mantelfläche zur Kristall-7 achse von kleiner 300, vorzugsweise kleiner 200, erfolgt. Für die Verdickung des Kristalls hat sich die analoge Bemessung als vorteilhaft erwiesen.
  • Als Absolutwert für den Durchmesser des Teiles mit verringertem Querschnitt, d.h. für den Grenzwert der VerJüngung, sind Werte zwischen 1 und.2 mm bevorzugt.
  • Für die gemäß der Weiterbildung der Erfindung vorgesehene Verdickung sind obere Werte zwischen 2 und 3 mm bevorzugt.
  • Die Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
  • Mit 1 ist der beheizte Tiegel bezeichnet, in dem sich die Schmelze 3 des Halbleitermaterials und darüber die Schutzschmelze 5 befindet Mit 7 ist ein Xeimkristall bezeichnet, an dem durch Aufwachsen aus der Schmelze Halbleitermaterial aufgewachsen ist. Es sind zwei Verjüngungen 9 und 11 und dazwischen eine Verdickung 13 vorgesqhen. Mit 15 ist der versetzungsarme bzw. versetzungsfreie, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Einkristall bezeichnet.
  • Mit 17 ist ein Teilstück der zum Ziehen des Kristalls erforderlichen Vorrichtung beæeichnet.
  • 7 Patentansprüche 1 Figur

Claims (7)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Ziehen von Einkristallen aus Halbleitermaterial nach dem Schutzschmelzverfahren, bei dem ausgehend von einem Keimkristall vorzugsweise gleichartiges Halbleitermaterial aus einem in einem Tiegel -befindlichen, mit der Sehutsschmelze bedeckten, geschmolsenen Halbleitermaterial zum Aufwachsen gebracht wird und das bereits aufgewachsene Material von-der Schmelze fortbewegt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein Einkristall gezogen wird, der in Ziehrichtung gesehen von einem größeren Querschnitt auf einen kleineren Querschnitt verjüngt und nach der Verjüngung anschließend wieder auf einen größeren Querschnitt verdickt wird.
  2. t Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n s e 4 c h n e t daß die Verjüngung und Verdickung mehrfach aufeinanderfolgend ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß für die Schutzschmelze hoch-wasserfreies Boroxid verwendet wird.
  4. it Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e.t , daß die Ziehgeschwindigkeit kleiner 10 mm pro Stunde, vorzugsweise kleiner nun pro Stunde, beträgt.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e -t , daß der Einkristall mit einem Winkel zwischen der Mantelfläche und der Kristallachse von kleiner 300, vorzugsweise kleiner 200, verjüngt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Einkristall mit einem Winkel zwischen der Mantelfläche und der Kristallachse von kleiner 300, vorzugsweise kleiner 200, verdickt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß es für Galliumarsenid, Indiumphosphid, Galliumphosphid und/oder Mischkristalle derartiger Verbindungen verwendet wird.
    L e e rs e i t e
DE19712133875 1971-07-07 1971-07-07 Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle Pending DE2133875A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19712133875 DE2133875A1 (de) 1971-07-07 1971-07-07 Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19712133875 DE2133875A1 (de) 1971-07-07 1971-07-07 Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2133875A1 true DE2133875A1 (de) 1973-01-18

Family

ID=5812975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19712133875 Pending DE2133875A1 (de) 1971-07-07 1971-07-07 Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2133875A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4478675A (en) * 1981-09-18 1984-10-23 Sumitomo Electric Industries, Inc. Method of producing GaAs single crystals doped with boron
US4528061A (en) * 1982-04-16 1985-07-09 Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation Process for manufacturing boron-doped gallium arsenide single crystal
US4602979A (en) * 1982-10-15 1986-07-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Technique for the growth of compositionally ungraded single crystals of solid solutions
US5501172A (en) * 1994-03-11 1996-03-26 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method of growing silicon single crystals
CN110760932A (zh) * 2019-11-22 2020-02-07 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4478675A (en) * 1981-09-18 1984-10-23 Sumitomo Electric Industries, Inc. Method of producing GaAs single crystals doped with boron
US4528061A (en) * 1982-04-16 1985-07-09 Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation Process for manufacturing boron-doped gallium arsenide single crystal
US4602979A (en) * 1982-10-15 1986-07-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Technique for the growth of compositionally ungraded single crystals of solid solutions
US5501172A (en) * 1994-03-11 1996-03-26 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method of growing silicon single crystals
CN110760932A (zh) * 2019-11-22 2020-02-07 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1135671B (de) Verfahren zum Herstellen eines pn-UEbergangs und/oder eines Gradienten eines elektrisch wirksamen Elements in einem Halbleiterkristall
DE2616700C2 (de) Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus einem Halbleitermaterial der Gruppen III-V durch epitaxiales Aufwachsen, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE3123234A1 (de) &#34;verfahren zur herstellung eines pn-uebergangs in einem halbleitermaterial der gruppe ii-vi&#34;
DE1291321B (de) Verfahren zur Herstellung von reinen Einkristallen aus Erdalkalifluoriden oder Fluoriden seltener Erdmetalle
DE2219687C2 (de) Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls mit flüchtigen Komponenten aus seiner Schmelze
DE1934369A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Einkristallen aus III-V-Verbindungen
DE2133875A1 (de) Verfahren zum ziehen von einkristallen, insbesondere fuer keimkristalle
DE2161072C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus einer Halbleiterverbindung und Schiffchen zur Durchführung dieses Verfahrens
DE1619993A1 (de) Verfahren zum Zuechten eines stabfoermigen Einkristalls aus Halbleitermaterial durch tiegelfreies Zonenschmelzen
DE1519837A1 (de) Kristall-Schmelzverfahren
DE2038875A1 (de) Verfahren zur Herstellung gewachsener Mischkristalle
DE2323211A1 (de) Verfahren zur herstellung einer intermetallischen einkristall-halbleiterverbindung
DE1667604B1 (de) Verfahren zur herstellung von kristallinem cadmiumtellurid
DE60017324T2 (de) Verfahren zur Kristallzüchtung
DE19502029A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Einkristall-Zinkselenid in Masse
DE3325058A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum aufwachsen einer znse-kristalls aus einer schmelze
DE1239669B (de) Verfahren zum Herstellen extrem planer Halbleiterflaechen
DE2209869B1 (de) Verfahren zur herstellung eines versetzungsfreien einkristallinen galliumarsenidstabes
DE2459591A1 (de) Verfahren zum anwachsen einer halbleiterverbindung
CH413799A (de) Verfahren zur Herstellung eines Einkristallkörpers
CH622558A5 (de)
DE3210827C2 (de) Verfahren zum Züchten eines III/V-Verbindungs-Einkristalls
DE2137772C3 (de) Verfahren zum Züchten von Kristallen aus halbleitenden Verbindungen
DE2728314B2 (de) Verfahren zum Ziehen eines Gadolinium-Gallium-Granat-Einkristalls aus einer Schmelze
DE3830170C2 (de)