DE959479C

DE959479C - Verfahren zum Ziehen von Halbleiterkristallen aus einer Schmelze fuer elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme mit oertlich verschieden grosser Stoerstellenkonzentration

Info

Publication number: DE959479C
Application number: DES30360A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz Dorendorf; Dr Heinz Henker; Dipl-Phys Dr Anton Jaeger; Dipl-Phys Dr Franz Kerkhoff
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1952-09-23
Filing date: 1952-09-23
Publication date: 1957-03-07

Description

Verfahren zum Ziehen von Halbleiterkristallen aus einer Schmelze für elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme mit örtlich verschieden großer Störstellenkonzentration Elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme enthalten Halbleiter, wie z. B. Germanium oder Silizium oder auch Mehrstofsysteme, beispielsweise Verbindungen von Elementender III. und V. Gruppe oder auch der Il. und VI. Gruppe des Periodischen Systems. Bei Einrichtungen mit Germanium und Silizium ist die Anzahl der in das Gitter eingebauten Störatome und ihre Art bestimmend für ihre Wirkungsweise. Die Herstellung eines Halbleiters mit definiertem Stör.stellengehalt ist in einfacher Weise so durchzuführen, daß man eine Schmelze des hochgereinigten Halbleiterstoffes mit einer entsprechenden Menge jenes Stoffes versetzt, der die Störstellen bildet. Aus dieser Schmelze lassen sich Kristalle mit verhältnismäßig gleichbleibendem Störstellengehalt ziehen.
Es ist nun häufig erwünscht, den Störstellengehalt in einem solchen Halbleiter örtlich verschieden zu gestalten, beispielsweise ihn stetig zu-oder abnehmen zu lassen, oder ihn auch sprunghaft zu ändern, weil sich mit solchen Halbleitern bestimmte Wirkungen erzielen lassen. Insbesondere bei der Herstellung sogenannter p-n-Verbindungen, worin also der Störstellengehalt innerhalb eines einheitlichen Halbleiters sprunghaft wechselt, kommt es darauf an, eine genau vorher bestimmte Menge von Störatomen an örtlich verschiedenen Stellen vorzusehen. Das gleiche gilt in übertragenem Sinne für Mehrstoffsysteme, bei denen es darauf ankommt, die Zusammensetzung des Mehrstoffhalbleiters örtlich verschieden zu gestalten und ebenfalls eine stetige oder sprunghafte Änderung vorzusehen.
Es ist bekannt, derartigie Halbleiter mit örtlich verschiedenem Störstellengehalt dadurch herzustellen, daß man während des Ziehens des Kristalls aus der Schmelze deren Zusammensetzung ändert, was jedoch ein verhältnismäßig ungenaues Verfahren ist, das nicht gestattet; längs der Längenausdehnung des gezogenen Halbleiterkristalls genau vorher bestimmte Störstellengehalte vorzusehen.
Es ist weiterhin bekannt, in einen festen Halbleiterkristall Störatome bei zweckmäßig erhöhter Temperatur eindiffundieren zu lassen. Auch dies führt zu den genauen gewünschten Konzentrationswerten. Schließlich hat man auch versucht, Halbleiterteile mit verschiedenem Störstellengehalt zusammenzufügen. Dieses Verfahren ist äußerst unzweckmäßig, da es niemals zu dem gewünschten. Einkristall führt und an der Grenzlinie derartig gestörte Kristallgitter erzeugt, daß solche Einheiten-nur für wenige Zwecke brauchbar sind.
Die Erfindung betrifft eine neue Art zum Ziehen von Halbleiterkristallen mit ungleichförmiger Störstedlenverteilung bzw. bei Mehrstofkhalbleiter mit ungleichförmiger Komponentenverteilung aus einer Schmelze für elektrische unsymmetrische Halbleiteranordnungen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Halbleiterkristall aus einer die verschiedenen Störstellen bzw. Komponenten von vornherein enthaltenden Schmelze gezogen wird und daß zwischen Schmelze und bereits gezogenem Halbleiterkristall eine elektrische Spannung gelegt wird, welche bezüglich Richtung und Größe derart geändert wird, daß die Störstellen bzw. Komponenten sich in den Halbleiterkristall in gewünschter Weise ungleichförmig einbauen.
Die in der Schmelze enthaltenen Fremdatome besitzen ein anderes Volumen und einen anderen Ionisierungsgrad als die Atome der Halbleiterschmelze.
Aus diesem Grunde wirkt jedes Fremdatom wie ein Bereich mit anderer Ladungsdichte. Das in der Schmelze herrschende elektrische Feld übt daher auf die Fremdatome eine Kraft aus, die der Wärmebewegung überlagert ist. Aus ' diesem Grunde besteht eine, abhängig von der Polarität und der Größe des Feldes, geringe Wanderungsgeschwindigkeit, so daß sich ein Konzentrationsunterschied in Richtung des Feldes ergeben muß. Bei richtiger Polarität entsteht dann beispielsweise an der Phasengrenze zwischen festem Kristall und Schmelze eine höhere Konzentration als in der Schmelze. Es ist also somit möglich, den Störstellengehalt: jeweils in der aaskristallisierenden Schicht zu steuern und gegenüber den benachbarten Teilen zu ändern. Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen Halbleiterkristall zu ziehen, bei dem sich längs seiner Längenausdehnung ein stetig zu- oder abnehmender Störstellengehalt ausbildet. Es ist jedoch auch möglich, Halbleiterkörper zu bilden, bei denen der Störstellengehalt durch Änderung der Richtung und Größe der angelegten elektrischen Spannung spzunghaft verändert ist. Das gleiche gilt auch für Mehrstoffhalbleiter hinsichtlich ihrer jeweiligen Zusammensetzung, weil bei diesen der Einfluß des elektrischen Feldes ebenfalls vorhanden ist, und zwar noch größer, weil sich in dieser Schmelze Ionen mit verschiedenen Vorzeichen befinden.
' Es liegt auf der Hand, daß, da sich das elektrische Feld in beliebiger Weise verschieden groß und auch verschieden gerichtet einstellen läßt, Halbleiterkristalle mit sehr feiner Abstufung in ihrem Störstellengehalt in immer wiederkehrender Weise gefertigt werden können. Es ist sogar möglich, die gewünschte Abstufung des Störstellengehaltes mehrmals im gleichen- Halbleiterkristall vorzusehen, d. h., das gleiche Störstellenspektrum mehrmals hintereinander anzuordnen, wenn man die Feldbedingungen in Rücksicht auf die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls entsprechend ändert. Auch ist dies insbesondere deswegen möglich, weil die Halbleiterschmelze nicht wie bei .den bekannten Verfahren durch laufenden Zusatz weiterer Störstellen laufend verändert wird, vielmehr handelt es sich um eine Schmelze gleicher Zusammensetzung; lediglich an der Stelle der Kristallbildung beim Ziehen des Halbleiterkristalls kann durch die Feldbeeinflussung eine verschieden hohe Konzentration der Störstellen gebildet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zum Ziehen von. Halbleiterkristallen mit ungleichförmiger Störstellenverteilung bzw. bei Mehrstoffhalbleitern mit ungleichförmiger Komponentenverteilung aus einer Schmelze für elektrisch unsymmetrisch ,leitende Halbleiteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall aus einer die verschiedenen Störstellen bzw. Komponenten von vornherein enthaltenden Schmelze gezogen wird und daß zwischen Schmelze und bereits gezogenem Halbleiterkristall eine elektrische Spannung gelegt wird, welche bezüglich Richtung und Größe derart geändert wird, daß die Störstellen bzw. Komponenten sich in den Halbleiterkristall in gewünschter Weise ungleichförmig einbauen.
2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung in Rücksicht auf die Ziehgeschwindigkeit des Halbleiterkristalls entsprechend geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch z oder 2, dadurch .gekennzeichnet, daß die Störstellen bzw. Komponenten derart ungleichförmig in den Halbleiterkristall eingebaut werden, daß ein stetig zu- oder abnehmender Störstellengehalt bzw. Komponentengehalt im Halbleiterkristall entsteht. q.. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB die Störstellen bzw.' Komponenten derart ungleichförmig in den Halbleiterkristall eingebaut werden, daß ein sprunghaft geänderter Störstellengehalt bzw. Komponentengehalt im Halbleiterkristall entsteht. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daB die Störstellen bzw. Komponenten derart ungleichförmig in den Halbleiterkristall eingebaut werden, daB Zonen mit verschiedenem Leitungstypus in diesem entstehen. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB die ungleichförmige Störstellenverteilung bzw. Komponentenverteilung im Halbleiterkristall in mehrfach wiederkehrender Weise bewirkt wird.