DE1519868A1 - Verfahren zum Herstellen einer Faserstruktur in einem Halblerterkorper - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAi¹O? 1519868 ^{p 1}'^{; 1}^ 868.2-43 Berlin und München

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Neue Beschreibungsteile

(ersetzen die Seiten 1 und 4 der ursprünglichen Beschreibung)

Verfahren zum Herstellen einer Faserstruktur in einem Halbleiterkörper.

Zusatz zum Patent (Anmeldung P 15 19 869.3-43»

VPA 65/1119).

Halbleiterkörper, insbesondere Halbleiterkristalle, die eutektische Gefügebestandteile in Form von geometrisch anisotropen und zueinander im wesentlichen parallelen elektrisch gutleitenden Einschlüssen enthalten, sind bekannt, beispielsweise aus der »Zeitschrift für Physik", Band 176, 1963, Seiten 399-408. Das Material dieser Halbleiterkörper kann als "zweiphaeig" bezeichnet werden, dabei ist die erste Phase ein Halbleitermaterial und die zweite Phase das Material, aus dem Einschlüsse bestehen. Die Bezeichnungen "erste Phase" und "zweite Phase" werden üblicherweise bei der Diskussion von Schmelzpunktdiagrammen benutzt.

Unter einer anisotropen geometrischen Form wird im Sinne der folgenden Ausführungen verstanden, daß die Einschlüsse in einer Richtung

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Unter;», -. - & ι *tü. ,....

.... u i ο

bevorzugt ausgebildet sind. Die Einschlüsse können beispielsweise nadel- oder flächenförmig sein. Sind sie nadeiförmig, so liegen

nach obigem die Nadelachsen im wesentlichen parallel zueinander.

Sind die Einschlüsse flächenförmig% so verlaufen die Flächeanormalen im weaeatliehen in einer gemeinsamen Richtung« Die Richtung der

bzw. die Schar von Richtungen senkrecht zur Flächenentsprechen also der Richtung, in der die ,Einschlüsse bevorzugt ausgebildet sind. Letztere beschreibt bei flächenförmigen Einschlüssen für jeden von diesen eine Ebene.

^ Halbleiterkörper der genannten Art können dadurch hergestellt werden, daß halbleitendes und elektrisch gutleitendes Material im eutektisßhen Mengenverhältnis zusammengeschmolzen und anschließend einem gerichteten Erstarrungsprozeß, insbesondere Normalerstarrung, ausgesetzt wird.

Bis sich dabei in wachsenden Kristall bildenden gutleitenden Einschlüsse richten sich bevorzugt parallel zum Temperaturgradienten an der Phasengrense fest-flüssig aus. Da ·*· wie gesagt - die Einschlüsse parallel zueinander ausgerichtet sein sollen, ist es u.a. k wichtig, dafür zu sorgen, daß die Phasengrenze eben ist und möglichst genau senkrecht zur Kristallwachstumsrichtung liegt. Dann

kann sich an der Phasengrenze ein Temperaturgradient ausbilden, der - wenigstens im Mittel über die ganze Phasengrenze - parallel zur Kristallwachstumsrichtung verläuft. Eine derartige Phasengrenze kann - wie bekannt - durch geeignete Temperaturführung und Hinstellung einer passenden Kristallisationsgeschwindigkeit an der wachsenden Stirnseite des erstarrenden Kristalls aufrechterhalten werden.

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Zum Ziehen von perfekten Einkristallen sind sehr genau einzuhaltende Erstarrungsbedingungen u.a. hinsichtlich Temperaturgradient, Ziehgeschwindigkeit, Orientierung des Keims, Keimfreiheit der Schmelze zu beachten· Nur geringe Abweichungen von den Optimalwerten können leicht Kristallstörungen, insbesondere'.die sogenannte Zwillingsbildung, zur FoIge haben. VerzwiHingte Einkristalle ninds.B» in der deutschen Auslegesehrift 1179 645 beschrieben»

Grundsätzlich bedeutet das Ziehen eines Halbleiterpolykristalls erheblieh geringeren experimentellen Aufwand ale das Ziehen einen Einkristalls, auch wenn letzterer in bekannter Weise verswiilingt ist. So kann die beispielsweise röntgenographisch durchzuführende Orientierung eines geeigneten Keims entfallen. Schlackenreste auf der Oberfläche der Schmelze, wie sie etwa durch mechanischen Abrieb des Tiegelmaterials oder durch Reaktion der Schmelze mit gasförmigen Verunreinigungen der umgebenden Inertgasatmosphäre entstehen, haben keinen störenden Einfluß. Ferner ist die Einstellung einer günstigen KristallisationGgeschwindigkeit bei vorgegebenen Teniperaturverhältnissen weniger kritisch als beim Ziehen von Einkristallen.

Die bisher bekannten zweiphasigen Halbleiterkörper wurden daher im allgemeinen in Form von üblichen Polykristallen mit beliebig'zueinander gerichteten und geformten Kristallkörnern, zwischen denen sich Korngrenzen befinden, hergestellt. Diese Halbleiterkörper wurden aus Barren herausgeschnitten, die nach z.B. dem obengenannten Verfahren gewonnen wurden. In diesen Barren war jedoch nur ein mehr oder weniger großer Zen⁴ralbereich mit weitgehend parallel ausgerichteten, elektrisch gut,leitenden Einschlüssen versehen. Dagegen zeigten dj c Ranclboreiohc, die teilweise bis zn 50'^ dos GesaratniitoriülR ''^iMcV^i., of, ;:',nrkn Störungen dor f

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Ausrichtung der Einschlüsse. Daher fielen unverhältnismäßig große Verluste an* Auch erschien die Ausrichtung der Einschlüsse im Zentraibereich des Barrens für eine Reihe von Verwendungszwecken des fertigen Halbleitarmaterials noch verbesserungsbedürftig.

Gegenstand der Hauptanmeldung P 15 19 869.3-43 ist ein Verfahren zum Herstelisn einer Faserstruktur in einem Körper aus einer halbleitendexi Verbindung^ wobei an ein Ende eines Halbleiterkörpers aus einer .1IX-V-Verbindung ein polykristalliner Keimkristall angeschmolzen wird, der aus faserartig langgestreckten P Einkristallkörnern mit im wesentlichen zueinander und zur Wachstumsrichtung parallelen Längsrichtungen etwa gleicher kristallographischer Orientierung besteht und wobei der Halbleiterkörper dann» am Keim beginnend,^; ζonengeschmolzen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde) gweiphasige kristalline Halbleiterkörper zu schaffen_s deren zweite Phase₉ nämlich die elektrisch gutleitenden'Einschlüsse, räumlich praktisch gleichgerichtet sind-. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Maßnahmen der Hauptanmeldung auch bei der Herstellung fe zweiphasiger Halbleiterkörper engewendet werden können.

Die Erfindung besteht somit darin, daß von einem aus einer Halbleiterschmelze mit beigemischter zweiter elektrisch gutleitender Phase hergestellten Halbleiterkörper mit vorzugsweise eutektischem ßeftige von halbleitendem und leitendem Material ausgegangen wird. Die Körner weisen in ihrer Längsrichtung gleiche kristallographische Orientierung auf. Die Einschlüsse sind bevorzugt in Richtung der Korn-

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längsachsen ausgebildet.

Der erfindungsgemäße Halbleiterkörper kann, als "ssweiphasiger Kristall mit Faseratruktur" bezeichnet werden. Gemäß weiterer Erfindung können die Körner dieses Polykriatalls verzwillingte Einkristalle aein, deren Zwillingsverwachsungsflächen in Kornlängsriehtung liegen«,

Unter "im wesentlichen zueinander parallelen Längsachsen¹¹ der Körner wird eine Parallelität mindestens innerhalb 10 Winkelgraden (10°) verstanden. Die Richtungen der Längsachsen der einzelnen Körner weichen jedoch im allgemeinen nicht mehr als 2 bis 3° von der über alle Körner gsmittelten, gemeinsamen Längsrichtung ab_a

Das halbleitende Material des aweiphasigen Kristalls mit Fa,eerstruk» tur bildet die Matrix für die darin eingebetteten und im wesentlichen parallel aneinander ausgerichteten Einschlüsse einer zweiten elektrisch gutleitenden Phase. Letztere stellt einen eutejktischen GefUgebestanätßil des HalbleiterJcristalls dar.

Der erfi&dttBgsgeaäße iweiphaäige Srietall tat * wie gesagt ♦ e|in ' Polykriatall· Während jedoch Übliche Polykjiietelle aus willkürlich orientierten und geformten, Körnern bestehen, ejjtlsalten die i*o^.y- · kristall® &&αίι 4er Erfindung langgestreckte faeerartige Körner,, die im folg0tiäm »le .*Paeern^B feösaichnet weniana* Sie längsaueteilinung dieser eißkrietallinen fasern kann s.B. 1 om hmtragm+ sie lat ab«r i» ml%g$mi,tum rlzlf&oh grdSerj ea wuräe» LärigtÄ von 20 cn uHa mehr ges»ee@fg* ^Mf* fesördiirahrnöcsoT schwankt awl«ch^i Werten in 3er¹ OröSen- *ίηβ#

XiS wte«ÄtIi<söip«'l#isßs@iöh«ii 4-©r meieten fasern des

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Polykriatalls ist ihr Aufbau aus Zwillingslamellen. Die Zwillings-" verwachsungsflächen zwischen j^e zwei dieser Lamellen treten in ein und dereelben faser mit nur einer einzigen Orientierung auf, d.h. .sie'liegen'-parallel. In deft Fasern können die-Zwillingaverwchßungsflachenin sehr verschiedener Ansahl und in mehr oder weniger dichter, meist wechselnder dichter Folge auftreten« Im Mittel enthält jede faa#r etwa 10 Ms 15 Zwillingslamellen, es gibt jedoch Pasern mit gar keiner oder nur ein oder swei Zwillinggverwachßungsflächen und außh- fasern» die von hundert und mehr Zwillingsverwaehsungsflachen 'durcn-zo-gen sind. Die senkrechten Abstände der Verwachsungsflächen dar 2wlllinge können zwischen Bruchteilen eines Mikrons und einigen Millimetern Schwankens und zwar sowohl innherhalb ein und derselben Faser als auch von Faser au Faser.

Biβ. Iiüngsrlch-tung der Zwillingslamellen» deren Zwillingsverwach-sungs- |111) »Sbenen sind, steht auf ä&r au*. Jeder Zwillingsver-

gehörigen <111 > -Richtung senkrecht. Beispielsweise ist «Int von öiee©n Längsrichtungen eine.<110> -Hiehtung.

FiI? Hßlfcl,#it«3tolstails mit _Bia»aiitgitt@r_fr insbesondere Silizium u«dl öeBftftaiüföi, Jtegm als ZwillingBelemeat aiii© X¹^S ""^^^θη$ angesehen

· Bier Sw&llingsoperation te&m mich in' einer 180°-Brehung des ISwUlingsindiTicluviDB gegenüber" dess anderen mit -einer < 111 > -

-Hichtrajg bIb Brehachöe bestehen. Die Halbleitarkrietalle mit Zink-

B₀B^ die A B -»Terteindimgen aus' d©?i Elementen der

III». luntd V..Sruppe dos .Periodensystems, iie kein Symmetrieza.ntrum » g&laorehe.u dem 2uietztg-enasint®a 3wlllingsgeseti5·

Ein Verfahren. sum Herstellen eines erfindungagemäßenssweiphaaigen 'Halialeiterkrlstallj. besteht -a$^ein_t Ö&i eine HalMbiterachmelze, der siae ^Wß±~%9 gwtl^itsKöc Phase bsigerteelit ist_? ©isssi'cig erstarrt, .-

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insbesondere normal erstarrt wird und daß danach an zaletzt erstarrten Ende des so entstandenen und in seinem Aufbau an sich bekannten Polykristalls ein Keimkristall mit Faserstruktur angeschmolzen und der Kristall, am Keim beginnend, mit üblicher Ziehgeschwindigkeit zonengeBchmolsen wird. Die. Fasern des Keimkristalls, der selbst in erfindungsgemäßer Weise polykristallin ist, sind im allgemeinen langgestreckte, verzwillingte Einkristalle. Der Keim kann zweiphasig sein. Die Längsachsen der Pasern des Kristallkeims müssen bei diesem Verfahren in Kristal!wachstumsrichtung zeigen, also. z.B. parallel zur Längsachse eines Schiffchens liegen, in welchem die Kristallisation ausgeführt wird. Die in diesem Sinne erforderliehe Ausrichtung des Kristallkeims mit Paserstruktur kann im allgemeinen ohne komplizierte Hilfsmittel erhalten werden, da die Fasern eines (angeätzten) Kristalls meist schon mit bloßem Auge deutlich zu erkennen sind, notfalls wird z»B. eine Lupe zu Hilfe genommen» .

Die Kristallisationsgeschwindigkeiten während der «inseitigen Erstarrung und des ZonenBchmelzena in Gegenrichtung werden zweckmäßigso aufeinander abgestimmt, daß ütt An- bzw* Anreicherung ei-

I S-

nes evtl. vorhandenen oder beigemischten Dotierstoffes am Stabende bei der ersten Erstarrung durch das Ziehen d«r Gegenzone gerade kompensiert wird.

Der tür die Züchtung von eweiphasigen Kristallen alt Faserstruktur notwendig® erste Keim kann einem beliebigen Folykrietall passender (ehemischer) Zusammensetzung, der zufällig einth geeignet gef&serten Kristallbereich enthält, entnommen werden. Derartige Bereiche Jcpisaien a.B. in Polykristallen vor, die während der ersten Stufe* der einseitigen Erstarrung, dea 4jbengenanriten Herstelltmgsv-er»

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Die Faßem less er* sich - wie angedeutet - beispielsweise durch Ätzen sichtbar'&&'.ϊβ.β&. Unter anderem hat sich eine unter der Be~ seiohnuag- ΟΪΜ- bekannte Ätslösung bewährt5 sie kann mit WasBer 1t Vördüniit iäsgswenöet werden. OP-4 ist eine Mischung aus konKentrior ter Salpetersäure," konzentrierter Flußsäure, Biseseig und Brom» beispielsweise in den Mengenverhältnissen der Heine nach 200:150:

ErfindungegeraäBe zweiphasige Kristalle mit Pas er struktur können ynter anße^em aurcb. Zonenschmelzen, tiegelfreies Ziehen» Ziehen aus der Schmelze, JSo&enslöhen ira horizontalen Schiffchen oder Kormaleretarrea erstugt werden.

Die &<*fc€äi. iis EriEtall enteteheaden Einschlüsse köimen beispiels-

gutleitende JJadsla. sein, äerea Llngsaoheen par-

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allel %ur Watüi-s'tiuaiariohtung dsa Kristalle verlaufen· Diese Ausrichtung 1st jdst^öh weitaus streiigar als' in fee Kriss^llsa." t%% am erfinduEgsgeaäßen sweiphaeigen Kristallen bsw« in ion ©rfiiiätasigöiiaißäi 'hergs'eteiltsn IrIstallbarren sind die Sin-'φΐ^;«ϊ1ι uad durch fast gleichmäßig ausgerichtete/Beim Ziehen Pietallö kanu also gegenüber'dem Bekannten die Ausbeute aus

deta in da» VerfaSir®n eingebrachten Halbleitermaterial wesentlich, teilweis© «ÜB 30 fels 40$, erhöht werden. -

Die sich b?i dissem- Verfahren im.Halbleiterkriatall ausbildenden pare!!©! ^uaisiEEcler ausgerichteten und elektrisch gutleitenden Einschllles® bilden aiaen eutelctischen GefUgebestaadteil des Kristalls mit FaaeretrttktmsV Aus dieeera Grunde iüt es im allgameinon zv/eckmäßlg, <S©r Ausgaagshalbeiter*SöhmGlso Sas'Material für die Einschlüs se ; in eiitelrtiseller Eo-neentrntion be·⁷"¹¹""* Hnhen. Andernfalls entsteht,

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je nachdem in welcher Weise vom eutektische« '.ilessgenvariiäl-tjiia abgewichen winä, "bei dem Verfahren ein Barren, bei dem ein Teil, z.B· dessen zuerst erstarrter Teil» aus praktisch reineis Halbleiter- oder SinBohluftMrtcrial bsBteht,« In einigen Fällen» Inefoesoitäe;** bsi Herstellung a&r sehon Yorgegschlagenen 2&ekt¥Qiumi&e9£ettjtäloclen',< kenn eö ^edock roT%$ilii&tt Bein, diesen sonst stateeaaen Sfftlct afesiont«

l^r-fUr ate parallel© Auarichtim^ 4ear elektrisöJi gutleiien-4ea BiÄSchlöis© ist es, daß alle Fasern Ä«· BalHleite^lETietallB mit ?a*t3f9truktur fast die gleiche WachatHmsrichtung feesitssn«

Es iat auch relativ einfach., die eäpfi»dimg*gejaä0e» ?ö.ly5cristalle hersruatelleB, da es keineswegs notwendig ist» öeessn siiikristallinei Fasern bg^vr. deren Zwillingslamallen, die »iah am Barrenanfang, also dem-zuerst kristallisierenden feil befinden, bie zissc .3arren*jide, dem zuletzt kriatsllieierenden Teil, fortzufUhres· J)i# Fasern und--deren Zwillingslamellen, können beliebig auawachß«n, also irgendwann während der Kristallisation enden? stets entstehen neue fasern mit gleicher Wachstuiaeriohtung. Die Länge 4er gezogenen Kristalle kattn also beliebig sein.

Gemäß weiterer Erfindung kann der zweiphssige Haibieiterkrist&ll 'mit Paeeyetyttfctur auch räumlieh, homogen dotiert ssin* Unter ^shoiaogen dotiert^w wiani in öi©*sm Sinne verstanden* üüBin Halbleiterkrlßtall kein© jia&roelcopiechett Ssreich© {von z.B. KristalllroaEiigriSe) ait 3)otl«re'toffkon2iBntxmtio» Bit
AiwiioIseelzi· Ein hoiaogeE

entiaält aliso tifitn .Höer-all gleiofeaäSig·» Itürsttllgsngehalt» Unter w$virw in §|,«s«» Zueaamaöhasif Fvim^ft-feomc verstanden, "■";■ ' BAD ORIGINAL

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die9 In -das Gitter der H&lbleitermstrix eingebaut, eine'.Donatorbzw. Akaeptorfunktion ausüben.

Soll ein eweiphaeiger Halbleiterkristall mit Paserstruktur homogen. dotiert sein» so braucht die Ausga&gs.schmelze zur Herstellung des Kristalls nur. in üblicher Weise dotiert zn werden,

Forschungsergebnisse haben gezeigt, daß bei bekannten .Polykristallen, die also beliebig orientierte und geformte Körner besitzen, nur Körner gleicher Wachaturasrichtung-die gleiche .Dotierstol'fkonzentra- -!-:■„üii aufweisen.' Bas liegt unter anderem daran» daß der Dotierstoff :ai Abhängigkeit von dar kristallographisciien Orientierung jeaes "fnchseiKtert Korns in dieses eingebaut wird«. Im gweiphaaigen Kristall Bit fasir&trulstur sind jedoch sämtliche Fasern untereinander sowie ir© ZwlllingslassGllen 'innerhalb einer-'Easer in Wachstumsrichtung &Μθ 'krist&llograpfeisoh'gleich orientiert» Daher wird der Dotier-5 :©f f H&KSf tk$m geeöiaten Querschnitt eiae-s erfindungs gemäß en PoIy-.li-;-iateI3,3 iifeeirall' gleichmäßig eingabsiat»

B@ haX%ltle»e anaiiater pg Halbleiterkrietalls

" alt f&fteswtYokifttr kmn irgendein KalMeitewiaterial sein» insbe-

Bi#öient# dar I?.Sruppe des !Periodensysteme waä deren Verbin-, #3. Silizium oder Germanic χαΛ Α^Χ*^ΛΒ'.-Verbindungen aus Bl®»«atsa der III» und Y.&rupiws des Periodensystems» wie Ini, GaXliumaixtinonid» Xndiunaraenid« (Jalliumarsenid .

41» BisiffÄXIbipt au# elektrisch gutMiteafea lia-äerialitii eigne» sioh

01^?» bei .denen

0' ein SS«Süat aus aer;(|ruppe fe^fiÄc 'Co₅-Oa? -am Ha int. S; ist tin t äs isr"Tfl§j?«iP® δφβ fs3let3S.ipfi}tosi* Als Bsiepial«! für

^: 'PLA. .65/1120 ^:

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diese Verbindungen seien die folgenden Systeme genann,ti\Indiafirantimonid/Hickelantimonid, 'Inditimantiinonld/Chroaantiinonidj Indiiimßntiiio-. nid/Eisenantiaioniä, · Indiumantimonid/iianganantiKiönid, Indiumarsenicl/ Chroraarsenid, Indiumarsentd/Eisenarsenid, Indittmarsenid/Kofealdarsenid, Galliumantimonid/Chromantimonid, Galliumarsenid/Chromarsenitl und Galliuaarsenid/Molybdanaraenid. Auch Systeme, wie Galliumanti·- monid/Eieen-Gallium oder Galliuiaantimonid/Kob&lt-Gallium sind möglich. Hier verbindet sich das Schwermetall mit der Komponente der III.Gruppe» Die Einschlüsse sind also vom Typ CB · ^v \

Es ist darauf hinzuweisen,*da0 Manganantimonid ferromagnetisch iat (| und daß sich das entaprechen&e System insbesondere für Anwendungen eignet »-.-bei denen ferroma^ietiechö Einschlüsse von Vorteil sind. Beispielsweise kann solches Material für die schon vorgeschlagenen Reflexionsfilter mit ausgeprägter "Polarisation des Eeflexionsvermögens verwendet werden,

PUr Ute iialbleitenden Yerbindungen Xndiuisantimoni4 Od^r Galliumantimonid sinä auoh Einschlüsse aus reinen Metallen, nie z«B· Antimon, ;♦ B«»teht der Halblftiterkbrper aus Seimanioa, so können

la For» von Geraaniden aus der Gruppe Fe, Hl, Co, Gr oder Mn vtrwendet werden.

Wie geeagt, soll das Halbleiteyiiaterial und das Einechlußmaterial in der Äuegangshattleiterschiaelze Im allgemeinen im eutektlachen Miiohungeyerhältnis vorliegen. Butektische Gemische «iniger oben· genannter Systeme sind s.B. InSb mit 1,8 Gew.i* NiSb, InSb mit O„67 Gew.^ PeSb- InSb mit 6;5 Gew.56 KnSb und InSb mit 0,6 Gew.^ CrSbi GaSb mit 13,4 Gev/.^ CrSb, GaSb «it 7,9 Gew.fä PeGa- , und GaSb mit 7,9 Gew»# CoGa₁ _j InAs mit 10,5 Gew.5« FgAs und InAs mit 1,7 Gew.^

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Qrk&$ 0ßAa mit 35?4 Gew·^ OrAa, GaAe" mit 5,| öew»$ Mo. (ale Mo-Arse&id) unA ©als *ait 8„4 Gew*$ VAsi InSb mit "37,3 ßew.# Sb und GaSb mit Θ0/1

Sie Siaßcifelües© rind iia Halbleiterkristall ia allgemeinen gleich« M&ßig ü.b»r fi@9sc?i gasia#n Querschnitt unel dessen Länge verteilt. Bei ftftdelförmigen Einschlüssen haben diese bespielsweiae Dicken in der Größenordnung eines Mikrons und Langen in der Größenordnung von 50 Mikroa. Biese !Dicken'und Längen können jedoch je nach den spe~ zifieGhen Eigenschaften der Systeme aus halbleitenden und elektrisch gutleits&iideE Stoffen und je nach den angewsndsten Erstarrungsmothoden stark echwanJcea. Ss kommen in dieoem Sinne Nadeldioken von 0,1 bis 10 Mikron und mehr vor.. Auch die Hade Hängen können um den Paktor TO oder mehr größer baw. ■ kleiner sein als oben angegeben. Innerhalb ein und desüslben gleichmäßig hergestellten Krio-talls werden dagegen bei gleichmäßiger Erstarrung nicht so gro3e Schwankungen um eine mittlere Dicke bzw. Länge der Nadeln gefunden.

Sind die Einschlüsse'in-Form von Scheibchen ausgebildet, go bedeutet die Bedingung, daß die Einschlüsse in einer Richtung bevorzugt ausgebildet sind» daß die Durchmesser der Scheibehen _t~roß gegen deren Dirke sind und daß die Flächennormalen der Snhcibchen parallel zueinander verlaufen* Betreffend Durchmesser und Dicke der Scaeibclien treten ähnliche Verhältnisse' auf wie bei nadclförmigen Sinechlüseen. Die Dicke der Scheibchen kann z.B. In der Größenordnung eines'Mikrons liegen.

Die gegenseitigen Abstände der Einschlüsse der erfindungßgcmäßen Halbleiterkristalle sind -gr^Benordnungsmäßig etwa mit der größten •Ausdehnung der Einaelilüsne vergleichbar. Die Einschlüsse liefen π!so sehr dicht beieinander. Wegen dJe.nor dichten Anordnung dor

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elektrisch, gutleitenden Binschlüase und der gleichzeitigen Freiheit in der formgebung der Halbleiterkörper können aus äen zweiphasigen Kristallen mit Faserötruktur u,a* sehr dünne Plättchen von 2.3« 50. Mikron 151 eke hergestellt werden."· Wird »in solches Plättchen senkrecht isur Hiohtung_s in der dia Einschlüsse bevors-agt ausgebildet sind, von Strom durchflossen, so ist es wegen-seiner geringen Dicke entsprechend hochohmig*

erfiriduhgagemäßen zweiphasigen Halbleiterkristalle rait J?aaer-< struktur k'onmn beispielsweise ala magnetfeldabhängig© Widerstände verwendet werden. Als solche werden sie voa einpia Strom duröhflasser; und «inem senkrecht zur Stjpomriohtung stehenden Äag^tjP Es ist äafeei zweckmäßig» den Halbleiterkristall eo a^8zuricli1ien_# die Sichtung der SlnsehliiBse (flöchenebenen oder iänggriöht.u&g Nadeln) sowohl senkrecht xum Stroin als auch zum Magnetfeld steiit·' Auf diese Weise wird eine maximale Abhängigkeit des elejctrischea Widörstandea? des Halbieiterkristails von ä&r ßr^ße Ües, einwirkendeB Magaetfφ 14«« erzielt« '

gemäß der Erfindung ©ignan iiolt al»ö

der» zur - fltanrteZlttag vom BaueleaEsntea, ti« mr

Stjfttiurugg voa Magnetfeldern und/oder Msaeuag, Bsgeluag' ο4<κρ i -von Ortav#räaderungen düroh relatire ?er»oliielymig de« dem Magnetfeld verwendet

Ialbleittrkristails, insbesondere in Form dünner einä auch zur Urzeugung van polarieiartöm' Iiioht geeignet, Ib fti«sr*a full© können die gutleitenden BiuBcSilüues i» ihrer (fiteaat«*·. h#it in eiit*r Bdhon vorgeechlegenen Weis* ale ein polarieierenä wiröitt^r aus Dipölea für ©lektrosiagiietisohp Wellen ertgtsehen

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ft ftf68

werte». Je nach Art des Materials, aus dam die Einschlüsse, die hierbei als elektrische Dipole fungieren, "bestehen und Je nach deren senkrecht©*! Abständen kann das polarisierte Licht durch Reflexion am erfin&ungsgemäßen Kristall oder mittels Durchstrahlung

erzeugt werden.

aar grobschematischen Zeichnung Ireräen Aufbau und Herateldes zweiphasigen Kristalls nach der Erfindung näher eriattrfcari.l ee zeigen*

einen längo&chnitt eines eriiMungs gemäß en zweiphasigen Kristalls mit gut leitenden Einschlüssen.»

einen Querschnitt,, ent Sprechens

Fig*3 e.in Häufigkeitsdiagramm feetreffend Einschlüsse und

fig.4. eine vereinfacht dargestellte Herstellungsvorrichtung.

₍ 9

jKL€? $ig*1 eeigt einen vergrößerten 'Lär.gsschnitt (Schnitt parallel zwe Wachsturnsrichtung) durch einen .sweiphasigen Kristal] mit Faaeratruktur, Die Vergrößerung betragt'etwa 300*1. Die. Korngrenssen aind atf 1 unä die Ewillingaverwachsungsflächert mit 2 feezeichnet. Die Verwachsungsfläßhen verlaufen - qnei» zu Ihx-«:e LUngarlchtung go- s#han -..bald sehr dicht, bald mit größerem. Abstand· Das'Korn (Paser) 3 hat sein ?/achstura an einer Stelle beendet. Hin Kam 4 ist neu entstanden und hat teilweise, deu Plata deta Koriis 5 eingenommen.

gutleits'nden. SünschlUsse diesee sweiphasigeii Kristall π rrind la ϊοϊ^Βΐ-νοη Meäela 6„ di® feroh toirss© Striche ang^tleutet aind₉ gesdlohne.t· Bias® verlaufet .in Bielitiing äear Sie Verwaoheungefläohea'4er. Zwillinge'.'lcennz-eiolaieaäaa Striche 2. Bit Einschlüsse rr'^ ; ; „ BADORiGINAL

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haben diese Eiehtun£ auch_t wenn ßie an einer Komgrexi2e 1 liegen und diese evtl. durchstoßen. An den Korngrenzen liegen die Sin·» Schlüsse in einigen Fällen etwas dichter als inmitten der Pasern.

Ein Schnitt längs der Linie II-II von Pig.1 ist in Pig.2 dargestellt. Dor Schnitt gibt einen Eindruck davon, wie die .Zwillingsebenen 2 gegeneinander um die Längsrichtung verdreht sein können und wie die Fasern durch Korngrenzen 1 getrennt sind. Von den Zwillingsebenen des Kama 5 ist in Pig.2 Iceine zu-sehen. Me in Pig.1 als Striche angedeuteten Nadeln 6 erscheinen in Pig.2 in Form von Punkten; das sind die Burchstoßpunkte der Nadeln durch die Schnittebene. Wie das auch in Pig.1 gezeichnet-ist, sind die Einschlüsse willkürlich, aber relativ gleichmäßig im erfindungsgemäßen Kristall verteilt.

In Pig.3 ist ein Häufigkeitsdiagramm gezeichnet, In der ist die Winkelabweichungcf (in Winkelgraden) der i;atsächl tung einer Aneahl Ii von Einschlüssen relativ .zur vorgeschriebenen Einschluß-Ausrichtung (Kristallwachstumsriehtung) abgetragen. In der Ordinate ist die zu einem bestimmten Querschnitt eines Halbleiterbarrens gehörige Anzahl N der Ein8chlUa.ee. angegeben» die eine J Winkelabweichung (^ aufweisen. Die Kurven 11, 12 und 13 sind an drei etwa im Abstand von 1 cm liegenden Schnitten (quer zur Wachstums-■ richtung) durch einen Halbleiterbarren von bekannter zweiphasiger Struktur aufgenommen- Die Kurve 10 ist an einem Querschnitt eines erfindungeginn&ßen sweiphasigen Barrens gemea«en. Ihr Maximum kann ?.B. 5mal eo hoch sein wie das höchste Maximum einer der Kurven 11 bis 13. Bs het sich ergeben, daß sich die Häufigkeitskurvff praktisch nicht ändert, wenn die Einschlußriohtungen an einem beliebigen anderen Queraohnitt einoe Barrens crfindun^sgeinäßer Struktur aufgsnoDÜaen werden; dar-, zeigten beispielnv/eise Messungen an einem 50 cm

langen Barren di es or Art. BADORIGfNAL

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Aus den Meßergebniasen nach Pig.3 ergibt sieh die Überlegenheit' der erflnduiigsgemäSen Kristalle über 'die bekannten swelphasigen Kristalle g&na eindeutig. Einerseits können bei den bekannten Kristallen &ie EinschliaJriehtungen γοη Zentimeter zu Zentimeter längs ein$s Barrens stark Böhwanken und andererseits streiten die

auch innerhalb ein und desselben Querschnittes

sehr stark, &»h* 0®lb8t eine mittlere Abweichung von der geraittelten

ι.

Einschlußrlehtung eines Querschnittes kann 10° betragen. Beim erfindungßgaq»äß«n. Kristall kommt zur gleichmäßigen Einschlußoinrichtung über all$ Querschnitte eines Barrens noch der Vorteil hinzu, daß einereeitö die gemittelte Einschlußrichtung praktisch mit der

Eiehtung übereinatimmt und es andererseits kaum

Einschlüsse gibt ρ deren Richtung mehr als 5 von der gemittelten Richtung abweicht. Die Einschlüsse im erfindungsgemäßen zweiphasigen Kristall sind also gana wesentlich besser ausgerichtet als beim bekannten zweiphaaigen Kristall.

In ?ig.4 ist ein Herstellungsverfahren eines erfindung3gemäßen Halbleitorkristallbarrens angedeutet. Hit 15 ist ein in obigem Sinne ψ eutektisch zusammengesetzter (also zweiphasiger) Halbleiterbarren üblicher polykristalliner Struktur, mit 16 ein Kristallkeim mit Paserstruktur, mit 18 eine Haltevorrichtung für den Koim und mit eine HeiEelnrichtung bezeichnet» Letztere kann beispielsweise ein Ringstrahler oder eine durch Hochfrequenz orregto Kupfcrapule sein·, sie ist in PfeilriohUmg relativ zum Barren 15 bowe^Aioh. In der Zeichnung wird der Verfahrensschritt dargestellt, bei dem der Keim 16, der insbesondere ebenfalls zwei phasig sein kann, mit bei«■ dar Heizeinrichtung 17 an den Barren 15 angeückmolüen wird. Ist das geschehen, so wir4 mit Hilfe der Heizeinrichtung-17 in Pfei ir:'..₍Oitung

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eine Scnmelzaon« durch den Barren 15 gezogen, wobei eich auf diesen die Faserstruktur des Keims überträgt und sich in ihm wegen der eutelctiscften Konzentration des Barrena parallel zueinander ausge richtete gutleitände Einschlüsse bilden. ■

7 Patentansprüche
4 Figuren

0098^0

Claims (1)

1. SIEMMS AKTIBlGlSELLSCHAi¹T ^NNOWe P 15 19 868.2-45

   Berlin und München _{ypA 65/u2Q}

   ■if

   Neue Patentansprüche 1 bis 3 '

   1. Verfahren zum Herstellen einer Faserstruktur in einem Körper aus einer halbleitenden Verbindung, wobei an ein Ende eines Halbleiterkörpers aus einer III-V-Verbindung ein polykristalliner Keimkristall angeschmolzen wird, der aus faserartig langgestreckten Einkristallkörnern mit im wesentlichen zueinander und zur Wachstumsrichtung parallelen Längsrichtungen etwa gleicher kristallographischer Orientierung besteht und wobei der Halbleiterkörper dann, am Keim beginnend, zonengeschmolzen wird, nach Patent ..... (Anmeldung P 15 19 869.3-43, VPA 65/1119), dadurch gekennzeichnet, daß von einem aus einer Halbleiterschmelze mit beigemischter zweiter elektrisch gutleitender Phase hergestellten Halbleiterkörper ausgegangen wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Halbleiterkörper mit eute'ktischem Gefüge von halbleitendem und leitenden Material ausgegangen wird.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch geken^n zeichnet, daß von einem Halbleiterkörper ausgegangen wird, dessen eine Phase eine halbleitende Verbindung vom Typ A B ist und dessen andere Phase eine gutleitende Verbindung vom Typ OA¹¹¹ oder C B^V ist, wobei A ein Element der III. und B ein Element der V.Gruppe des Periodensystems ist und wobei C ein Element aus der Gruppe V, Or,¹Mn, Pe, Go, Ki ist.

   - 18 - 30.12.69

   '009816/13-77-

   J³M 65/1120

   6. Verfahren nach Anspruch. 5* dadurch gekennzeichnet, daß als * KriGtallkeira ait" Paserstfttktur ein» insbesondere zweiphasiger. JolykristalX rait verswilliagten Einfcrißtallkörnem verwendet wird» . ■

   7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiters chmelae dotiert iet.

   009816/1377

   BAD ORIGINAL

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