DE2126662A1 - Process for the production of dislocation-free A deep III B deep V single crystals - Google Patents
Process for the production of dislocation-free A deep III B deep V single crystalsInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von versetzungsfreienProcess for the production of dislocation-free
Es ist bekannt, AjjjBy-Einkristalle, insbesondere Galliumarsenid, aus der Schmelze von halbleitenden Verbindungen, die eine leichtflüchtige Komponente enthalten und deren Dampfdruck am Schmelzpunkt der Verbindung ca. 1 Atm ist, in einem geschlossenen Gefäß nach Czochralski herzustellen. Eine geeignete Ziehvorrichtung ist Gegenstand der deutschen Patentschrift 1 044 769· Um die Kondensation des abgespaltenen Arsens bei der Herstellung von Galliumarsenideinkristallen zu verhindern, ist dabei das ganze System auf einer mittleren Temperatur von 65O0C zu halten. 'Die Auf- und Abbewegung sowie die Rotation des Keimkristalls wird durch magnetische Kopplung der Antriebselemente erreicht, wobei die im Ziehsystem angeordneten Magnetsegmente ebenfalls auf einer Temperatur von 65O°C zu halten sind.It is known to produce AjjjBy single crystals, in particular gallium arsenide, from the melt of semiconducting compounds which contain a highly volatile component and whose vapor pressure at the melting point of the compound is approx. 1 atm in a closed vessel according to Czochralski. A suitable drawing device is the condensation of the released arsenic to prevent the object of German patent 1044769 · in the manufacture of gallium arsenide monocrystals, is to keep the whole system at an average temperature of 65O 0 C. The up and down movement as well as the rotation of the seed crystal is achieved by magnetic coupling of the drive elements, whereby the magnet segments arranged in the pulling system must also be kept at a temperature of 65O ° C.
Gemäß einem anderen bekannten Verfahren wird nach dem sogenannten Schutzschmelzeverfahren gearbeitet. Hierzu wird die Halbleiterschmelze mit einer etwa 1 cm dicken Boroxidschicht bedeckt und in einer Ziehkammer ein Inertgasüberdruck von ca. 1 bis 1,5 Atm erzeugt. Dadurch wird das Abdampfen der leichtflüchtigen Komponente am Schmelzpunkt der Verbindung weitgehend verhindert. Die Ziehkammer bleibt dabei auf Raumtemperatur, so daß die Durchführung des Ziehgestänges in die Kammer mit handelsüblichen Simmeringen gedichtet werden kann. Diese Methode ermöglicht das Ziehen von AjjjBy-Einkristallen mit einem Dampfdruck der leichtflüchtigen Komponente von 25 bis 35 Atm wie z.B. Galliumphosphid und Indiumphosphid aus der Schmelze. Hierbei wird die Schmelze mit einer ca. 1-2 cmAccording to another known process, what is known as the protective melting process is used. For this purpose, the Semiconductor melt covered with an approximately 1 cm thick boron oxide layer and an inert gas overpressure of in a pulling chamber approx. 1 to 1.5 atm generated. This causes the volatile component to evaporate at the melting point of the compound largely prevented. The drawing chamber remains at room temperature, so that the implementation of the pull rod in the chamber can be sealed with commercially available sealing rings. This method enables the pulling of AjjjBy single crystals with a vapor pressure of the volatile component of 25 to 35 atm, such as gallium phosphide and indium phosphide the melt. Here, the melt is about 1-2 cm
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starken Boroxid schicht in einer speziellen Druckkammer bedeckt und über dei? Boroxidschicht ein Inertgasüberdruck von ca. 50 Atm aufgebaut. Ein solches Verfahren ist Gegenstand vieler Druckschriften und ist z.B. in Journal of Applied Physics, Juni 1962, Bd.33, Seite 2016-2017 und in J.Phys.Chem. Solids.Vol.26, Seite 782-784 (1965) beschrieben.strong boron oxide layer covered in a special pressure chamber and about dei? Boron oxide layer has an inert gas pressure of approx. 50 atm built up. Such a method is the subject of many publications and is, for example, in the Journal of Applied Physics, June 1962, vol. 33, pages 2016-2017 and in J.Phys.Chem. Solids.Vol.26, pages 782-784 (1965).
Mach diesen Verfahren und den bekannten Vorrichtungen können A-j-T-jB^-Halbleitereinkristalle, insbesondere Galliumarsenid-, Galliumphosphid- und Indiumphosphideinkristalle bis zu einem maximalen Durchmesser von ca. 20 mm und einer Länge von ca. 50 mm, d.h. einem Gewicht von ca. 80 bis 100 g gezogen werden.You can do this procedure and the known devices A-j-T-jB ^ -semiconductor single crystals, especially gallium arsenide-, Gallium phosphide and indium phosphide single crystals up to one maximum diameter of approx. 20 mm and a length of approx. 50 mm, i.e. a weight of approx. 80 to 100 g will.
Das Anwendungsspektrum von Verbindungshalbleitern vom Typ Äj-rjB^, insbesondere Galliumarsenid, Galliumphosphid und Indiumphosphid wird in der modernen Halbleitertechnik immer breiter und reicht vom Einsatz dieser Materialien als Leucht- . dioden sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Wellenlängenbereich über optoelektronische Koppelelemente und Mikrowellenoszillatoren bis zur Modulation von Gaslasern. Es sind so nicht zuletzt aus wirtschaftlichen Gründen Einkristalle mit größeren Dimensionen in der modernen Halbleitertechnik gefragt.The range of applications of compound semiconductors of the type Äj-rjB ^, especially gallium arsenide, gallium phosphide and Indium phosphide is becoming wider and wider in modern semiconductor technology and extends from the use of these materials as luminous materials. diodes in both the visible and the infrared wavelength range via optoelectronic coupling elements and microwave oscillators to modulation of gas lasers. There are So, not least for economic reasons, single crystals with larger dimensions are in demand in modern semiconductor technology.
Es wurde gefunden, daß man versetzungsfreie insbesondere solche mit niedrigen und erheblichen Dampfdrücken am Schmelzpunkt nach dem Boroxid schutz schmelz eve rf ahren in einer Metallziehkammer mit starrem Tubus in technisch vorteilhafter Weise herstellen kann, wenn nur ein Teil der zum Kristallziehen notwendigen Menge des Halbleiters in einem Schmelztiegel stückig vorgegeben und unter Boroxid erschmolzen wird, - während der andere Teil des Halbleitermaterials in kompakter Stabform von oben in die bereits unter einer Boroxidschmelze vorliegende Schmelze des Halbleiters eingetaucht und erschmolzen wird, in die Schmelzoberfläche nach Erreichen des Temperaturgleichgewichts der Schmelze ein Kristallkeim eingetaucht und hieraus ein Einkristall gezogen wird.It has been found that dislocation-free, in particular those with low and considerable vapor pressures, are obtained at the melting point after the boron oxide protection melt process in can produce a metal pulling chamber with a rigid tube in a technically advantageous manner if only part of the crystal pulling necessary amount of the semiconductor in a crucible given in pieces and melted under boron oxide, - while the other part of the semiconductor material in compact rod form from above into the already present under a boron oxide melt Melt of the semiconductor is immersed and melted into the melt surface after reaching temperature equilibrium a crystal nucleus is immersed in the melt and a single crystal is pulled from it.
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Nach, dem■erfindungsgemäßen Verfahren können wirtschaftlich Aj-j-jBy-Einkristalle großer Dimensionen, insbesondere großen Querschnitts, hergestellt werden. Sie weisen einen Durchmesser von ca.40 mm, eine länge von ca. 250 mm und ein Gewicht von ca. 1000 g auf. Sie sind von gut definierter Form und von kubischer Kristallstruktur und wesentlich reiner als das verwendete Ausgangsmaterial.According to the method according to the invention can be economical Aj-j-jBy single crystals of large dimensions, especially large ones Cross-section. They have a diameter of about 40 mm, a length of about 250 mm and a weight of approx. 1000 g. They are well defined in shape and have a cubic crystal structure and are much purer than that used starting material.
Durch das teilweise Einbringen des Halbleitermaterials in kompakter Stabform von oben gegenüber einer Beschickung des Tiegels mit der gleichen Gesamtmenge an körnigem Halbleitermaterial können Schmelztiegel mit minimaler Höhe verwendet werden, wobei die Halbleitersohmelze im Tiegel optimal noch, stehen soll. Auch, bei Beschickung des Tiegels mit kleineren Halbleitermengen ist diese Forderung zu erfüllen. Durch, die Geometrie des Tiegels ist es möglich, die zur Beobachtung des Kristallwachstums notwendigen an sich starren Sichttuben an der Metallziehkammer gegeneinander um 180° versetzt unter einem günstigen Einblickwinkel von 40 bis 70°, vorzugsweise 60°, an den Druckkessel anzubringen. Dadurch wird erst eine optimale Beobachtung des Kristallwachstums vom Ankeimen bis zur endgültigen Kristalldicke möglich. Bei einer Vergrößerung des Tiegeldurchmessers wären die Sichtverhältnisse bedingt durch den kleineren Anstellwinkel der Tuben (<60°) günstiger, jedoch bedingt eine Vergrößerung des Tiegeldurchmessers eine Vergrößerung des radialen Temperaturgradienten, was wiederum ungünstige Auswirkungen auf die Lage der Wachatumsfront respektive des ungestörten Kristallwachstums hat.By partially introducing the semiconductor material in With a compact rod shape from above as opposed to charging the crucible with the same total amount of granular semiconductor material, crucibles with a minimal height can be used where the semiconductor melt in the crucible is still optimal, should stand. Even if the crucible is loaded with smaller ones Semiconductor quantities must meet this requirement. By that It is possible to use the geometry of the crucible to observe the Crystal growth necessary per se rigid sight tubes at the metal drawing chamber offset from one another by 180 ° a favorable viewing angle of 40 to 70 °, preferably 60 °, to be attached to the pressure vessel. This only makes one Optimal observation of the crystal growth from germination to the final crystal thickness possible. At an enlargement of the crucible diameter, the visibility would be more favorable due to the smaller angle of incidence of the tubes (<60 °), however, an increase in the crucible diameter causes an increase in the radial temperature gradient, which in turn unfavorable effects on the location of the Wachatum front respectively the undisturbed crystal growth.
Zur Erreichung bzw. Konstanthaltung des optimal hochstehenden Niveaus der Halbleiterschmelze im. Tiegel, insbesondere auch bei kleinen Einwaagen, kann ein in der Höhe variabler Zwischenboden im Schmelztiegel angebracht werden.To achieve or keep constant the optimally high level of the semiconductor melt in the. Crucibles, in particular, too In the case of small weights, a height-adjustable intermediate floor can be installed in the crucible.
Geeignete Halbleitermaterialien sind Galliumarsenid, Galliumantimonid, Galliumphosphid, Galliumnitrid, Indiumarsenid, Indiumantimonid, Indiumphosphid, Aluminiumarsenid und Aluminiumantimonid.Suitable semiconductor materials are gallium arsenide, gallium antimonide, Gallium phosphide, gallium nitride, indium arsenide, indium antimonide, indium phosphide, aluminum arsenide and Aluminum antimonide.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung primär der Schmelztiegel mit der maximal einzubringenden stückigen Halbleitermenge und der Boroxidschicht vollständig gefüllt und der beim Erschmelzen entstehende Raum zur optimalen Ausnutzung der Tiegelhöhe mit einer entsprechend großen weiteren Menge des Halbleiters in Stabform von oben gefüllt. Die letztlich entstehende Oberfläche der Halbleiterschmelze, die bei dem fortschreitenden Kristallwaohstum laufend absinkt, wird durch die Tiegelnaohführung von unten unverändert in der iage zum HF-System gehalten.To carry out the method according to the invention, according to a preferred embodiment of the invention, is primarily the The crucible is completely filled with the maximum amount of lumpy semiconductor to be introduced and the boron oxide layer the space created during melting for optimal use of the crucible height with a correspondingly large additional space Amount of the semiconductor in the form of a rod filled from above. The ultimately resulting surface of the semiconductor melt, which in the progressive crystal growth continuously decreases, is through the crucible approach from below unchanged in the iage to HF system held.
Zwischen der im Tiegel befindlichen Halbleitermenge und dem. von oben zugeführten Anteil soll ein Massenverhältnis von 1:5 bis 1*0,2, vorzugsweise von 1:1, bestehen» wobei die Zuführung des kompakten Halbleiters von oben aus mehreren Teilmengen erfolgen kann. Das Flächenverhältnis zwischen Halbleiterschmelze und dem kompakten, von oben zugeführten Halbleitermaterial soll beim Eintauchen 10s5 bis 10:1, sein.Between the amount of semiconductor in the crucible and the. The proportion fed in from above should have a mass ratio of 1: 5 to 1 * 0.2, preferably from 1: 1, consist »where the supply of the compact semiconductor can be done from above from several subsets. The area ratio between semiconductor melt and the compact semiconductor material fed in from above should be 10s5 to 10: 1 when immersed.
Das von oben zugeführte Halbleitermaterial wird vorzugsweise an einem Keimkristall, dessen Querschnitt 6·6 mm ist, befestigt, der nach Einstellen des Temperaturgleichgewichts der Schmelze zum Kristallziehen in diese eingetaucht wird. Der Keim kann nach dem Abschmelzen des Halbleitermaterials bei beginnendem Kristallwachstum um den Anteil verlängert werden, der beim Eintauchen abgeschmolzen worden ist. Hierdurch ist eine mehrmalige Verwendbarkeit des Kristallkeimes möglich. Das von oben zugeführte Halbleitermaterial kann aber auch am Keim-Kristallfutter befestigt sein und in manchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn es durch einen zweiten Tubus oder durch ein weiteres Rohr eingebracht wird. Als solches kann ein um das Ziehgestänge zentrisch angeordnetes Rohr dienen.The semiconductor material supplied from above is preferred attached to a seed crystal, the cross section of which is 6 x 6 mm, which after the temperature equilibrium of the melt has been established is immersed in this for crystal pulling. The seed can after the melting of the semiconductor material at the beginning Crystal growth can be extended by the proportion that has been melted off during immersion. This is a multiple Usability of the crystal nucleus is possible. The semiconductor material fed in from above can also be used on the seed crystal lining be attached and in some cases it is advantageous if it is through a second tube or another tube is introduced. A tube arranged centrally around the pull rod can serve as such.
Das Eintauchen des von oben herangeführten Halbleitermaterials kann bevorzugt unter Rotation in die bereits vorhandene Halbleiterschmelze mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 30 cm/h,Immersing the semiconductor material brought in from above can preferably be rotated into the already existing semiconductor melt at a speed of 0.5 to 30 cm / h,
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vorzugsweise 15 cm/h, erfolgen. Es kann kontinuierlich und diskontinuierlich verfahren werden. Meist wird der zu erschmelzende Halbleiteranteil einschließlich der Verbindungsstelle Keim-Vorrats mate rial erschmolzen.preferably 15 cm / h. It can be continuous and discontinuous be proceeded. Most of the time, the semiconductor component to be melted, including the connection point, is the seed supply material melted.
Die gemäß der Erfindung erhaltenen Einkristalle mit großem Querschnitt eignen sich vortrefflich zum Bau von Lumineszenzdioden, optoelektronischen Koppelelementen, Modulatoren sowie als Substrat für Gunn-Oszillatoren und in der Infrarottechnik.The single crystals obtained according to the invention with a large cross section are excellently suited for the construction of luminescent diodes, optoelectronic coupling elements, modulators and as a substrate for Gunn oscillators and in infrared technology.
In der Zeichnung ist das Schema einer Ziehvorrichtung wiedergegeben, an dem die Erfindung einfach zu demonstrieren ist.In the drawing, the scheme of a pulling device is shown, on which the invention is easy to demonstrate.
Die Ziehvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Metallziehkammer 1 mit einem Innendurchmesser von 260 mm. In den unteren Teil der Metallziehkammer ist zur Aufnahme der Halbleiterschmelze ein Quarztiegel mit einem Innendurchmesser von 90 mm eingebracht, der sich in dem Graphitsuszeptor 3 befindet. Dieser ist zur Wärmedämmung seinerseits von dem Graphitfilz 4 umgeben. Der Quarztiegel kann einen Zwischenboden 22 enthalten. Zwischen der wassergekühlten HP-Spule 5» die zur induktiven Beheizung des Graphitsuszeptors dient, ist ein Quarzzylinder 6 angebracht, der Überschläge von der HP-Spule zum Suszeptor verhindert. Die elektrische Zuführung für die HF-Spule erfolgt über hoohdruckfeste Dichtungen 7 durch den Plansch 8. Der Graphitsuszeptor 3 sowie der Quarzzylinder 6 stehen auf einem Podest 9· Mit Hilfe der Achse 10, die über eine hochdruekfeste Dichtung in den Kessel eingeführt ist, kann der Tiegel auf- und abbewegt sowie in Rotation versetzt werden. Mit 11 ist die Oberfläche des körnigen Halbleitermaterials und mit 12 die des Boroxids bezeichnet. Die nach dem Aufschmelzen des stückigen Halbleitermaterials erhaltene Schmelzoberfläche ist mit 13 bezeichnet. 14 ist der Stab aus dem Halbleitermaterial, der über die Schwalbenschwanzverbindung 16 am Kristallkeim 15 angehängt ist. Dieses kompakte Material wird durch Abwärtsbewegen des Ziehgestänges 17 mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/h durch die BoroxidschutzschmelzeThe pulling device consists essentially of a metal pulling chamber 1 with an inner diameter of 260 mm. In the lower part of the metal pulling chamber is to receive the semiconductor melt introduced a quartz crucible with an inner diameter of 90 mm, which is located in the graphite susceptor 3 is located. This is in turn surrounded by graphite felt 4 for thermal insulation. The quartz crucible can have an intermediate floor 22 included. Between the water-cooled HP coil 5 », which is used for inductive heating of the graphite susceptor, is a quartz cylinder 6 attached, which prevents flashovers from the HP coil to the susceptor. The electrical supply for the HF coil is carried out via high pressure-resistant seals 7 through the splash 8. The graphite susceptor 3 and the quartz cylinder 6 stand on a pedestal 9 · With the help of the axle 10, which is inserted into the boiler via a high-pressure-resistant seal the crucible can be moved up and down and set in rotation will. At 11 is the surface of the granular semiconductor material and 12 denotes that of boron oxide. The one obtained after melting the lumpy semiconductor material Melt surface is denoted by 13. 14 is the rod made of the semiconductor material, which is over the dovetail connection 16 is attached to the crystal nucleus 15. This compact Material is passed through the protective boron oxide by moving the pull rod 17 downwards at a speed of 15 cm / h
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12 in die Halbleiterschmelze 13 eingetaucht. Dabei wird das Halbleitermaterial einschließlich der Verbindungsstelle 16 aufgeschmolzen. Die sich nach dem Aufschmelzen ergebende Oberfläche des gesamten Halbleitermaterials ist mit 18 beze.ichnet. Sie liegt unter der dicken Boroxid schmelze schicht. Die Sichttuben sind mit- 19 beizeichnet.12 immersed in the semiconductor melt 13. It will Semiconductor material including the connection point 16 melted. The one resulting after melting The surface of the entire semiconductor material is denoted by 18. It lies under the thick boron oxide melt layer. The viewing tubes are marked with 19.
Der Kristallkeim 15 wird nach dem Abschmelzen des kompakten Halbleiters 14 mit Hilfe der Ziehstange 17, die über eine hochdruckfeste Dichtung 20 durch den Flansch 21 geführt ist, nach oben weggefahren und erst nach Erreichen des Temperaturgleichgewichts der Schmelze unter Rotation in die Schmelzoberfläche 18 eingetaucht.The crystal nucleus 15 is after the melting of the compact Semiconductor 14 with the aid of the pull rod 17, which is guided through the flange 21 via a high-pressure-resistant seal 20, moved upwards and only after reaching temperature equilibrium the melt is immersed in the melt surface 18 with rotation.
In manchen Fällen ist es von Vorteil, wenn bei der Kraftübertragung sowohl zum Ziehen als auch zur Rotation zwischen den Antriebsmotoren und dem Ziehgestänge 17 eine Rutschkupplung eingebaut ist. Hierdurch wird beim Pestwerden der Schmelze durch das dabei auftretende höhere Dcäjaoment eine Unterbrechung der Dreh- und Ziehbewegung bewirkt.In some cases it is advantageous when in power transmission Both for pulling and for rotation between the drive motors and the pull rod 17, a slip clutch is built in. This causes the melt to become plagued an interruption due to the higher dcäjaoment occurring in the process the turning and pulling motion causes.
Wie schon oben angegeben ist, handelt es sich bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung um ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Dieser läßt sich darüber hinaus in verschiedenen Varianten ausführen, was insbesondere für die Ausbildung der einzelnen Elemente der Vorrichtung zutrifft.As already indicated above, the arrangement shown in the drawing is an exemplary embodiment of the inventive idea. This can also be found in run different variants, which is particularly true for the design of the individual elements of the device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung in einigen Beispielen erläutert.The invention is described in some of the drawings below Examples explained.
Beispiel 1s . . Example 1s . .
900 g körniges polykristallines galliumarsenid werden in den, im Druckkessel 1 befindlichen Schmelztiegel 2, der von dem Suszeptor 3 und dem wärmedämmenden Graphitfilz 4 sowie dem Quarz zylinder 6 umgeben in der flP-Sp.ule 5 angeordnet ist, eingebracht.900 g of granular polycrystalline gallium arsenide are used in the crucible 2 located in the pressure vessel 1, that of the susceptor 3 and the heat-insulating graphite felt 4 as well the quartz cylinder 6 is surrounded by the flP coil 5, brought in.
Bei einem Schmelztiegeldurchmesser von 90 mm und einer Höhe von 80 mm füllt das körnig eingebrachte Galliumarsenid denWith a crucible diameter of 90 mm and a height of 80 mm, the granular gallium arsenide fills the
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Schmelztiegel bis etwa 1 cm unter die Schmelztiegeloberkante Über das körnig eingebrachte Galliumarsenid legt man eine Tablette von festem, entwässertem Boroxid von 1 cm Dicke und ca. 90 mm Durchmesser und einem Gewicht von 110 g bis 120 g. An den Keimkristall 15 werden über die Schwalbenschwanzverbindung 16 weitere 900 g polykristallines Galliumarsenid in Stabform 14 angebracht. Nach Schließen des Druckkessels 1 und mehrmaligem Evakuieren und Fluten mit einem Inertgas wie z.B. nachgereinigtem Stickstoff wird letztlich in der Kammer bei Raumtemperatur ein Stickstoffüberdruck von ca. 15 atü erzeugt. Nach Einschalten der HF-Energie wird über den glühenden Graphitsuszeptor durch Wärmeleitung die Wärme auf den Schmelztiegel übertragen, wobei das Boroxid zuerst schmilzt und die Schmelze die Hohlräume des körnig eingebrachten Galliumarsenids erfüllt, sowie die an der Oberfläche liegenden Anteile mit einem Schutzfilm umhüllt. Nach Erreichen der Schmelztemperatur des Galliumarsenids von 12380C tritt auf Grund der unterschiedlichen Dichte des Galliumarsenids sowie Boroxids eine Entmischung ein, so daß über der Halbleiterschmelze 15 eine ca. 1 cm hohe Bor-r oxidschmelzschicht entsteht. Nach geringfügigem Überhitzen der Galliumarsenidschmelae im Tiegel wird der polykristalline Galliumarsenidstab über das Ziehgestänge 17 unter Rotation mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/h durch die Boroxidschmelzeschicht in die Galliumarsenidschmelze eingetaucht und dabei einschließlich der Verbindung 16 erschmolzen. Naoh dem restlosen Aufschmelzen des von oben eingeführten Stabmaterials entsteht schließlich die Schmelzoberfläche 18. Nach Einstellung des Temperaturgleichgewichts, wobei der Druck im System auf etwa 25 atü ansteigt, erfolgt das eigentliche Kristallziehen mit einer mittleren Geschwindigkeit von 8 mm/h und einer Keimrotation von 20 TJ/min. Mit zunehmender Kristallgröße sinkt die Galliumarsenid-Oberflache im Schmelztiegel 2 ab. Um diea zu verhindern, wird der Schmelztiegel über die Achse 10 von unten in dem Maß nachgeführt, wie die Oberfläche der Galliumarsenidschmelze absinkt.Crucible up to about 1 cm below the top edge of the crucible. A tablet of solid, dehydrated boron oxide 1 cm thick and about 90 mm in diameter and weighing 110 g to 120 g is placed over the granular gallium arsenide. A further 900 g of polycrystalline gallium arsenide in rod form 14 are attached to the seed crystal 15 via the dovetail connection 16. After the pressure vessel 1 has been closed and evacuated and flooded several times with an inert gas such as purified nitrogen, a nitrogen overpressure of approximately 15 atmospheres is generated in the chamber at room temperature. After switching on the HF energy, the heat is transferred to the crucible via the glowing graphite susceptor through thermal conduction, whereby the boron oxide melts first and the melt fills the cavities of the granular gallium arsenide and covers the parts on the surface with a protective film. After reaching the melting temperature of gallium arsenide 1238 0 C to the different densities of the gallium arsenide as well as boron oxide occurs due to a segregation so that above the semiconductor melt 15 is a 1 cm high boron-r oxidschmelzschicht formed. After the gallium arsenide melt in the crucible has been slightly overheated, the polycrystalline gallium arsenide rod is immersed into the gallium arsenide melt via the pull rod 17 while rotating at a speed of 15 cm / h through the boron oxide melt layer and, in the process, including the connection 16. After the complete melting of the rod material introduced from above, the melt surface 18 is finally formed. After the temperature equilibrium has been established, the pressure in the system increasing to about 25 atmospheres, the actual crystal pulling takes place at an average speed of 8 mm / h and a seed rotation of 20 TJ / min. As the crystal size increases, the gallium arsenide surface in the crucible 2 decreases. In order to prevent this, the crucible is tracked from below via the axis 10 to the extent that the surface of the gallium arsenide melt sinks.
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Um die notwendigen HF-Leistungsregelungen, die durch die laufende Massenabnahme des Halbleitermaterials am Tiegel erforderlich sind, auf ein Minimum zu beschränken, wird der Suszeptor 3 samt Tiegel 2 über die Achse 10 in dem Maß nach oben nachgeführt, wie die Schmelzoberfiäohe absinkt. Bei der Herstellung eines Einkristalls mit einem Gewicht von 900 g ist eine TiegelnaohfÜhrung um 30 mm erforderlich. Me nachführung des Tiegels von unten ist einer Vergrößerung der Tiegelhöhe gleichzusetzen, von der wiederum der Sichtwinkel der Beobachtungstuben abhängt. Diese Tatsache unterstreicht die Forderung nach einer minimalen Tiegelhöhe bei einem konstanten Durchmesser von 90 mm zur Aufnahme einer maximalen Menge Halbleiterschmelze deutlich.In order to obtain the necessary RF power controls that are required by the ongoing decrease in the mass of the semiconductor material at the crucible are required to be kept to a minimum, the Susceptor 3 including crucible 2 over the axis 10 in the dimension according to tracked above how the enamel surface sinks. at The production of a single crystal with a weight of 900 g requires a guide close to the crucible by 30 mm. Me tracking of the crucible from below is an enlargement of the Equate the height of the crucible, on which the viewing angle of the observation tubes depends. This fact underscores the requirement for a minimum crucible height with a constant diameter of 90 mm to accommodate a maximum Amount of semiconductor melt clearly.
Unter diesen Bedingungen wächst in ca. 30 Stunden ein Galliumarsenid—Einkristall mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Länge von 250 mm bei einem Gewicht von ca. 900 g an.Under these conditions, a gallium arsenide single crystal grows in about 30 hours with a diameter of 30 mm and a length of 250 mm and a weight of approx. 900 g.
Oa, 800 g körniges polykristallines Galliumphosphid werden in den Schmelztiegel 2, der sich am Druckkessel 1 befindet, eingebracht und mit einer Tablette von entwässertem Boroxid (Dicke 2 em, Durchmesser 90 mm, Gewicht 220-240 g) beschichtet. Im •Ziehkessel wird bei Raumtemperatur ein Inertgasdruck von z.B. nachgereinigtem Stickstoff von 35 atü erzeugt. Nach lirreichen der Schmelztemperatur des Galliumphosphids von 1470oC-1480°G bildet sich eine Boroxid-Schmelzschicht von 2 cm Dicke. Weitere 800 g Galliumphosphid werden von oben der bereits gebildeten Galliumphosphidschmelze mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/h zugeführt und dabei erschmolzen. Nach Einstellung des Temperaturgleichgewichts, wobei der Druck auf ca. 50 atü ansteigt, wind der Kristall mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/h und einer Keimrotation von 8 U/min aus der Schmelze gezogen. Die Schmelzoberflächennachführung erfolgt wie bei Beispiel 1. Unter den vorgenannten Bedingungen wächst in ca.23 Stunden ein Galliumphoephid-Einkristall mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Länge von ca. 230 mm bei einemViöewioht von ca* 800 g an.Oa, 800 g of granular polycrystalline gallium phosphide are introduced into the crucible 2, which is located on the pressure vessel 1, and coated with a tablet of dehydrated boron oxide (thickness 2 cm, diameter 90 mm, weight 220-240 g). An inert gas pressure of eg purified nitrogen of 35 atmospheres is generated in the • drawing vessel at room temperature. After lirreichen the melting temperature of Galliumphosphids of 1470 o C-1480 ° G, a boron oxide-melt layer of 2 cm thickness is formed. A further 800 g of gallium phosphide are added from above to the gallium phosphide melt that has already been formed at a rate of 15 cm / h and melted in the process. After the temperature equilibrium has been established, with the pressure rising to approx. 50 atmospheres, the crystal is pulled out of the melt at a speed of 10 mm / h and a seed rotation of 8 rpm. The melting surface adjustment is carried out as in Example 1. Under the aforementioned conditions, a gallium oephid single crystal with a diameter of 30 mm and a length of approx. 230 mm grows in about 23 hours with a weight of about 800 g.
7 Patentansprüche . '7 claims. '
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