DE1519914C - Vorrichtung zum Ziehen eines Verbin dungshalbleiterknstalls - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bindung für die Ziehstange ist vollständig gescheitert, zum Ziehen eines Verbindungshalbleiterkristalls aus da entweder Luft über die Antriebsvorrichtung in einer Schmelze der Elemente, wobei ein Element das System einsickerte und den Prozeß störte oder flüchtiger als das andere Element bzw. die anderen Arsen, das für den Halbleiterkristall benötigt wurde, Elemente ist, insbesondere eines Ill-V-Verbindungs- 5 über den Antrieb aus dem System aussickerte. Die halbleiterkristalls, mit einer Schmelzkammer, in der Korrosionswirkung von Arsen stellt gleichfalls ein die Schmelze angeordnet und das flüchtigere Element schwerwiegendes Problem dar, weil dadurch der Anin einer Menge eingebracht ist, welche größer als die trieb und die Dichtung an der Einführungsstelle in erforderliche stöchiometrische Menge ist, mit einer . das System verdorben werden. Es ist zwar bekannt, Wärmequelle, welche die Schmelzkammer und die io daß Graphit eine gute Widerstandsfähigkeit gegen darin befindliche Schmelze so erhitzt, daß das fluch- eine solche Korrosionswirkung aufweist und auch tigere Element verdampft und die Atmosphäre ober- als Lagermaterial für die Kristallziehstange gut gehalb der Schmelze bildet, ohne daß sich an den eignet wäre; da aber Graphit porös ist, würde es das Wänden der Schmelzkammer Niederschläge des ver- Eindringen von Luft oder das Aussickern von Arsen dampften Materials bilden, mit einem gasdicht mit 15 erst recht begünstigen.

der Schmelzkammer verbundenen Verschluß und mit Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer einer durch den Verschluß in die Schmelzkammer ge- Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, das die führten Kristallziehstange. , Verwendung einer direkt angetriebenen Kristallzieh-Bekanntlich gibt es binäre Verbindungshalbleiter, stange auch dann ermöglicht, wenn mit Verbindungsdie aus jeweils einem Element der Gruppe II und der ao halbleiterschmelzen gearbeitet wird, in denen ein Gruppe VI, der Gruppe IV und der Gruppe VI oder Element besonders flüchtig und stark korrodierend der Gruppe HI und der Gruppe V des Periodischen ist, wie es insbesondere bei Arsen bei der Herstellung Systems der Elemente bestehen. Ferner gibt es ternäre von Galliumarsenidkristallen der Fall ist, ohne daß Verbindungshalbleiter, die aus jeweils einem Element ein Eindringen von Luft oder einen Aussickern des der Gruppen I-IH-VI, der Gruppen I-V-VI oder der 35 flüchtigen Elements zu befürchten ist.
Gruppen II-IV-VI bestehen. Beispiele für solche Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, Verbindungshalbleiter sind InSb, InP, GsAs, AIP, daß die Kristallziehstange an der Stelle des Eintritts PbTe, InSe, In₂Te₃, AgSbTe₂, Bi₂Te₃, CuFeTe₂, in die Schmelzkammer von einer porösen Graphit-CuGeSe₂ und CuFeSe₂. , ^: . buchse umgeben ist und daß an der der Schmelz-Ais besonders brauchbar haben sich Ill-V-Ver- 30 kammer abgewandten Seite der porösen Buchse eine bindungshalbleiter erwiesen, und von diesen wieder- gasdichte Gasfalle angeordnet ist.
um Galliumarsenid. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei-

Die Entdeckung dieser Ill-V-Verbindungshalb- spielshalber erläutert. Darin zeigt
leiter zur Herstellung von Kristallen für verschiedene F i g. 1 eine Schnittansicht einer nach der Erfindung elektronische Vorrichtungen, z. B. Transistoren, hat 35 ausgeführten Kristallziehvorrichtung und
auf dem Gebiet der Elektronik viele neue Möglich- Fig.2 einen Schnitt nach Linie 2-2.von Fig. 1. keiten eröffnet, aber gleichzeitig zahlreiche neue Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung Probleme hervorgerufen. Bei den bisher üblichen besteht aus einem Sockel 1, auf dem ein Quarzgefäß 2 Kristallziehvorrichtungen wurde eine geschlossene befestigt ist, das an seiner Oberseite in einen kegel-Kammer verwendet, in der die Kristallschmelze ent- 40 förmigen Abschnitt 2 a übergeht. An Stelle des kegelweder in einem Vakuum oder in einer inerten Atmo- förmigen Abschnitts kann an der Oberseite des Sphäre wie Argon gehalten wurde. Es wurde fest- Quarzrohres 2 auch eine flache, geschliffene Abdichgestellt, daß diese üblichen Verfahren unbefriedigend rung oder eine Ausgestaltung nach Fig. 3, 4 oder 5 sind, wenn beim Ziehen eines Kristalls aus der vorgesehen sein. Ein Verschluß 3, vorzugsweise aus Schmelze eines der Elemente stark flüchtig ist. Dies 45 Bornitrid, bedeckt das Quarzgefäß. Eine Antriebsist besonders dann der Fall, wenn ein Kristall aus stange 4 aus Quarz, die mit einer Dreh- und Hubeiner Schmelze gezogen wird, die Gallium und Arsen Vorrichtung 30 verbunden ist, ragt durch den Verenthält; Arsen hat nämlich eine hohe Flüchtigkeit Schluß 3 nach unten in das Quarzgefäß 2, wo sie in bei den Arbeitstemperaturen. In der Praxis wurde einer Spannzange 5 endet, an der ein Keimkristall 6 festgestellt, daß der Dampfdruck von Arsen über der 50 befestigt ist. Ein Graphittiegel 8, mit einer Quarz-Schmelze bei dem Schmelzpunkt der Verbindung auskleidung 9 enthält die Schmelze 7. Wie bei den etwa 0,9 atm beträgt. Deshalb haben sich alle be- üblichen Ziehverfahren wird der Keimkristall, der kannten Vorrichtungen, bei denen die Kristallzieh- die gleiche Zusammensetzung wie die Schmelze hat, stange durch den Verschluß der Schmelzkammer in diese niedergelassen und dann langsam unter geführt ist, als ungeeignet erwiesen, weil keine be- 55 Drehung herausgezogen. Wenn die Temperatur und friedigende Abdichtung erzielt werden konnte und die Ziehgeschwindigkeit richtig gewählt sind, kristaldaher das sublimierte Arsen an die Atmosphäre ver- lisiert sich die Schmelze an dem Keim unter Bildung loren ging. Deshalb _v wurde bisher das Ziehen von eines großen Einkristalls. Der Tiegel 8 wird in dem Galliumarsenidkristallen in einer vollständig dicht Quarzrohr durch einen Träger 10 getragen,
verschlossenen Kammer durchgeführt, wobei die.60 Im oberen Teil der Zeichnung ist zu erkennen, Ziehstange mit dem Kraftantrieb über eine magne- daß die Stange 4 durch ein Graphitlager 11 geht, das tische Kupplung verbunden war, damit die Abdich- konzentrisch in der Verschlußkappe 3 aus Bornitrid tung der Kammer an keiner Stelle unterbrochen angeordnet ist. Eine Bornitridhülse 12 ragt von der wurde. Diese Lösung erfordert jedoch einen kompli- Kappe 3 nach oben. In die Hülse 12 ist ein Quarzzierten Mechanismus, und der Kristallziehvorgang 65 rohr 13 eingepaßt, das im Abstand von der Stange 4 kann dabei wegen der magnetischen Kupplung nur liegt. Der Zwischenraum 13 α zwischen dem Rohr 13 außerordentlich schwierig gesteuert und überwacht und der Stange 4 dient als Arsenfalle. Der obere Abwerden. Jeder Versuch einer direkten Antriebsver- schnitt der Stange 4 ist von einem wassergekühlten

Mantel 17 umgeben, der einen Einlaß 18 und einen Auslaß 19 für kaltes Wasser aufweist. Darüber ist eine zweite Dichtung 16, vorzugsweise aus Polytetrafiuoräthylen angebracht. Eine Isolierhaube 15 mit einer Einlaßöffnung 14 dient zur Aufrechterhaltung einer inerten Gasatmosphäre rings um die Verschlußkappe 3 und den kegelförmigen Abschnitt 2 α. Ein Heizwiderstand 20 ist in die Kappe 3 eingelegt, ein weiterer Heizwiderstand 21 umgibt den mittleren Abschnitt der Kammer, und eine Hochfrequenzspule

22 umgibt die Schmelze. Es ist ein Thermoelement

23 vorgesehen, das die Schmelze auf der richtigen Temperatur hält.

Die vorstehende Erörterung und Beschreibung bezog sich besonders auf die Probleme, die beim Ziehen von Kristallen von Verbindungshalbleitern der Gruppen III-V, vor allem bei der Herstellung von Galliumarsenidkristallen auftreten; es ist jedoch hervorzuheben, daß die beschriebene Vorrichtung in keiner Weise auf diese besonderen Verbindungshalbleiter beschränkt ist.

Viele andere binäre und ternäre Verbindungshalbleiterkristalle können mit der beschriebenen Vorrichtung hergestellt werden. Hierzu gehören Verbindungshalbleitermaterialien, die jeweils ein Element der Gruppen II-IV, der Gruppen IV-VI, der Gruppen I-III-VI, der Gruppen II-IV-VI oder der Gruppen I-V-VI enthalten. Ferner kann natürlich jedes der zuvor aufgezählten Verbindungshalbleitermaterialien verschiedene Elemente in Spuren als Verunreinigungen oder Dotierungsstoffe enthalten, wie in der Technik: allgemein bekannt ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Ziehen eines Verbindungshalbleiterkristalls aus einer Schmelze der Elemente, wobei ein Element flüchtiger als das andere Element bzw. die anderen Elemente ist, insbesondere eines Hl-V-Verbindungshalbleiterkristalls, mit einer Schmelzkammer, in der die Schmelze angeordnet und das flüchtigere Element in einer Menge eingebracht ist, welche größer als die erforderliche stöchiometrische Menge ist, mit einer Wärmequelle, welche die Schmelzkammer und die darin befindliche Schmelze so erhitzt, daß das flüchtigere Element verdampft und die Atmosphäre oberhalb der Schmelze bildet, ohne daß sich an den Wänden der Schmelzkammer Niederschläge des verdampften Materials bilden, mit einem gasdicht mit der Schmelzkammer verbundenen Verschluß und mit einer durch den Verschluß in die Schmelzkammer geführten Kristallziehstange, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallziehstange (4) an der Stelle des Eintritts in die Schmelzkammer (2) von einer porösen Graphitbuchse (11) umgeben ist und daß an der der Schmelzkammer abgewandten Seite der porösen Buchse (11) eine gasdichte Gasfalle-(13 a) angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen