DE976791C

DE976791C - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls aus einer AB-Verbindung mit Zonen verschiedenen Leitungstyps

Info

Publication number: DE976791C
Application number: DE1952S0027325
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Welker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-02-23
Filing date: 1952-02-23
Publication date: 1964-04-30

Description

AUSGEGEBEN AM 30. APRIL 1964

5" 27325 IVc/12 c

Zusatz zum Patent 970

Das Hauptpatent betrifft ein elektrisches Halbleitergerät, wie Gleichrichter, steuerbare Kristallverstärker, photo- oder thermoelektrische Geräte und der Steuerung dienende Geräte. Als Halbleiterkörper ist eine Verbindung verwendet mit dem Atomverhältnis ι : ι aus einem der Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) oder Indium (In), die zur III. Gruppe des Periodischen Systems gehören, mit einem der Elemente Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb), die zur V. Gruppe des Periodischen Systems gehören. Diese Halbleiter werden insbesondere als Kristalle, vorzugsweise als Einkristalle, hergestellt und verwendet.

Es ist bekannt, daß Halbleiterkristalle, die aufeinanderfolgende Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften aufweisen, für die praktische Verwendung von besonderer Bedeutung sind. So läßt sich z. B. ein Halbleiterkristall, der in einer Zone ein Elektronenleiter und in der anschließenden Zone ein Defektelektronenleiter ist, im allgemeinen als Gleichrichter besonders gut verwenden. Ferner ist ein Halbleiterkristall, in dem z. B. auf eine elektronenleitende Zone eine defektelektronenleitende

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Zone und auf diese wiederum eine elektronenleitende Zone folgt, als steuerbarer Widerstand verwendbar. Es sei hingewiesen auf jene Anordnungen, die unter der Bezeichnung »Transistor« bekanntgeworden sind. Die Zahl der aufeinanderfolgenden Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften kann vermehrt werden, wie das an sich bekannt ist. Hinsichtlich der Anordnung der Elektroden an derartigen Kristallen kann in der gleichen Weise verfahren ίο werden, wie das in der Literatur über die Transistoren und über ähnliche Halbleiteranordnungen beschrieben ist. Mit Hilfe aufeinanderfolgender Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften lassen sich auch die bekannten p-n-Übergänge bilden (in amerikanischen Originalarbeiten als »p-n-junction« bezeichnet).

Die Erfindung ermöglicht es, Halbleiterkristalle der vorerwähnten Art aus den, wie oben angegeben, im Hauptpatent definierten Ai₁₁By-Verbindungen herzustellen. Hinsichtlich der Einzelheiten bezüglich der Zusammensetzung und Herstellung solcher Verbindungen sei auf das Hauptpatent verwiesen. Um bei der Herstellung der genannten Verbindungen Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften zu erzeugen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Halbleiterkristall in der Schmelze der -A-H[By-Verbindung erzeugt, und es wird die Zusammensetzung dieser Schmelze während des Wachsens des Kristalls geändert, so daß in dem Kristall Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften entstehen.

Dieses Verfahren ist für die Anwendung bei Germanium bereits bekanntgeworden; die Anwendung auf halbleitende Verbindungen der vorgenannten Art bildet den Gegenstand der vorliegenden Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes. Die Zusammensetzung der Schmelze kann während des Wachsens des Kristalls in verschiedener Weise geändert werden; es stehen hierfür mehrere Wege zur Verfügung. Ein besonders einfacher Weg ist folgender: Die Zusammensetzung der Schmelze wird während des Wachsens des Kristalls durch Beigabe von Zusatzstoffen geändert. Zur Erzeugung einer Zone mit ausgeprägter Elektronenleitung wird vorzugsweise ein Stoff der VI. Gruppe des Periodischen Systems zugesetzt, insbesondere Tellur oder Selen. Es genügt, daß der Zusatzstoff in einer sehr kleinen Menge zugesetzt wird, die gegenüber der Schmelze nur als »Spur« zu bezeichnen ist. Um so diese kleinen Mengen genau dosieren zu können, ist es empfehlenswert, zunächst eine Vorlegierung zu bilden. Darunter wird folgendes verstanden: Soll z. B. ein Halbleiterkristall mit den Grundstoffen Aluminium und Antimon gebildet werden, wie das im Hauptpatent angegeben ist, so wird zur Herstellung der Vorlegierung entweder einer gewissen Aluminiummenge oder einer gewissen Antimonmenge oder einer gewissen Menge der Verbindung Aluminiumantimonid (AlSb) der Zusatzstoff, also z. B. Tellur oder Selen, in einer ganz geringen Menge zugefügt, so daß sich z. B. eine Legierung von Aluminium oder von Antimon oder von Aluminiumantimonid mit dem Zusatzstoff, also mit Selen oder mit Tellur, ergibt. Diese Vorlegierung wird in entsprechender Menge dem Grundstoff, also in dem angenommenen Beispiel der Schmelze aus Aluminium und aus Antimon bzw. der Schmelze aus Aluminiumantimonid, zugesetzt. Alsdann ergibt sich die geeignete Verdünnung des Zusatzstoffes, d. h., es wird so erreicht, daß der Zusatzstoff in der Gesamtmenge der Schmelze nur in einer so kleinen Menge auftritt, die man als »Spur« zu bezeichnen pflegt.

Um in dem in der Schmelze wachsenden Kristall eine Zone mit ausgeprägter Defektelektronenleitung zu erzeugen, wird der Schmelze vorzugsweise ein Stoff der II. Gruppe des Periodischen Systems zugesetzt; hierfür eignet sich insbesondere Magnesium, Zink oder Cadmium. Auch dieser Zusatzstoff ist nur in einer sehr geringen Menge, also als »Spur« in den Grundstoff einzubringen. Es gilt hierfür das gleiche, was oben hinsichtlich des Zusatzstoffes, der zur Erzeugung einer Zone mit ausgeprägter Elektronenleitung dient, angeführt ist.

Es war schon erwähnt, daß es in der Regel darauf ankommt, mehrere Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften aufeinanderfolgen zu lassen. Zu diesem Zweck geht man praktisch so vor, daß der Schmelze zunächst der eine Zusatzstoff und anschließend der andere Zusatzstoff zugegeben wird. Diese Reihenfolge kann beliebig ausgedehnt werden, d. h., es wird nach dem Hinzufügen des zweiten Zusatzstoffes späterhin wieder der erste Zusatzstoff und dann wieder der zweite Zusatzstoff hinzugefügt, wenn es z. B. darum geht, vier Zonen mit wechselndem Leitungstyp aufeinander folgen zu lassen.

Das Ziel, Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften in dem in der Schmelze wachsenden Kristall hervorzurufen, kann auch auf folgendem Wege erreicht werden: Für die Erzeugung des Kristalls wird von einer Schmelze ausgegangen, die von vornherein gewisse Zusatzstoffe, im allgemeinen naturgemäß in sehr kleinen Mengen, also in »Spuren«, enthält, Während des Wachsens des Kristalls in dieser Schmelze wird über ihr ein Vakuum erzeugt, so daß gewisse Zusatzstoffe, insbesondere Störstellen erzeugende Bestandteile (z. B. Tellur oder Selen), aus der Schmelze verdampfen und sich dadurch die Zusammensetzung der Schmelze ändert. Bei dem Weiterwachsen des Kristalls entsteht somit in ihm eine Zone, die sich von dem zuvor entstandenen Teil des Kristalls hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften unterscheidet. Man kann nun so vorgehen, daß man das erzeugte Vakuum während des weiteren Wachsens des Kristalls wieder aufhebt und später über ihr von neuem ein Vakuum erzeugt, nachdem man der Schmelze wieder gewisse Mengen eines gleichen oder eines anderen Zusatzstoffes hinzugefügt hat. Das kann mehrere Male wiederholt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls, insbesondere Halbleiterein-

kristalle, mit Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften, z. B. verschiedenen Leitungstyps (Elektronenleitung und Defektelektronenleitung) und/oder verschiedener Leitfähigkeit, für ein elektrisches Halbleitergerät, bei dem als Halbleiter eine Verbindung mit dem Atomverhältnis ι : ι aus einem der Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) oder Indium (In), die zur III. Gruppe des Periodischen Systems gehören, mit einem der Elemente Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb), die zur V. Gruppe des Periodischen Systems gehören, verwendet ist nach Patent 970 420, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall in der Schmelze der AmBy-Verbindung erzeugt und die Zusammensetzung dieser Schmelze während des Wachsens des Kristalls geändert wird, so daß in dem Kristall Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften entstehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Schmelze während des Wachsens des Kristalls durch Hinzufügen von Zusatzstoffen geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Zone mit ausgeprägter Elektronenleitung ein Stoff der VI. Gruppe des Periodischen Systems zugesetzt wird, insbesondere Tellur oder Selen.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze zur Erzeugung einer Zone mit ausgeprägter Defektelektronenleitung ein Stoff der II. Gruppe des Periodischen Systems hinzugefügt wird, insbesondere Magnesium, Zink oder Cadmium.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Wachsens des Kristalls über der Schmelze ein Vakuum erzeugt wird, so daß Bestandteile (insbesondere Störstellen erzeugende Bestandteile, z. B. Tellur oder Selen) aus der Schmelze verdampfen und sich dadurch die Zusammensetzung der Schmelze ändert.

In Betracht gezogene Druckschriften: +5

»Journal für technische Physik« (Rußland), XXI, 1951, Februarheft, Ref. 23, S. 237;

Jus ti, »Leitfähigkeit und Leitungsmech. fester Stoffe«, 1948, S. 167 bis 169;

Pouling, »The Nature of the Chemical Bond«, 1948, S. 178/179;

»The Phys. Rev.«, November 1950, S. 467/468.

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