DE1619986B2 - Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidkristallen mit einem p-n-Ubergang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Siliciumcarbidkristallen für Halbleitervorrichtungen.

Es ist bekannt, daß Siliciumcarbidkristalle mit einem p-n-Übergang dadurch hergestellt werden können, daß während des Anwachsens des Kristalls durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre an der Wand eines von Siliciumcarbid begrenzten Raumes bei Temperaturen von etwa 2500⁰C nacheinander Dotierungen, die verschiedene Leitungseigenschaften des Siliciumcarbids herbeiführen, der Gasatmosphäre zugeführt werden.

Infolge von Eindiffusion der Dotierungen in die Kristalle bei den sehr hohen Temperaturen wird aber ein scharfer Übergang zwischen den p- und η-Zonen nicht erreicht.

Bei Prüfungen, die zur Erfindung geführt haben, hat sich ergeben, daß unter den üblichen Dotierungen für Siliciumcarbid das als Akzeptor wirksame Aluminium das Anwachsen von Siliciumcarbidkristallen durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in wesentlichem Maße begünstigt. Dadurch ist es möglich, das Anwachsen des p-leitenden Teiles des Kristalles bei einer um 200 bis 300° C niedrigeren Temperatur durchzuführen als bei der Bildung des η-leitenden Teiles erforderlich war, woraus sich eine stark verringerte Diffusion in der Grenzzone zwischen diesen Teilen ergibt. Auf diese Weise kann ein Kristall mit einem beträchtlich schärferen Übergang zwischen den p- und η-Zonen verwirklicht werden, was der Qualität von mit diesen Kristallen auf die übliche Weise hergestellten Halbleitervorrichtungen, wie Dioden und Transistoren, besonders zuträglich ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidkristallen, bei denen ein p-n-Übergang dadurch erhalten wird, daß während des Anwachsens der Kristalle durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre in einem von Siliciumcarbid begrenzten Raum nacheinander Dotierungen, die verschiedene Leitungseigenschaften in Siliciumcarbid herbeiführen, dem Kristallisationsraum zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von 2300 bis 2600⁰C in Anwesenheit eines Donators n-Typ-Siliciumcarbidkristalle gebildet werden, die Temperatur bis unter 2000° C herabgesetzt wird, anschließend, nachdem der Kristallisationsraum völlig von Donator befreit worden ist, diesem Raum als Akzeptor Aluminium zugeführt und das Anwachsen der Siliciumcarbidkristalle bei einer Temperatur fortgesetzt wird, die um 200 bis 300⁰C niedriger ist als die, bei der die n-Typ-Kristalle gebildet worden sind.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden an Hand der Zeichnung und durch einige Beispiele näher verdeutlicht.

Beispiel 1

Wie in F i g. 1 im Schnitt dargestellt, wird ein Kern 2 in ein Graphitrohr 1 eingesetzt und der Zwischenraum mit Siliciumcarbid 3 ausgefüllt, das durch Pyrolyse von Methylchlorsilan SiHChCH3 in Wasserstoff erhalten worden ist.

Das Siliciumcarbidpulver wird angedrückt und der Kern 2 vorsichtig entfernt, worauf das Ganze gesintert wird.

Das entstandene, aus dem Graphitzylinder 1 und dem Zylinder 4 aus gesintertem Siliciumcarbid bestehende Gefäß wird, wie in F i g. 2 dargestellt, beiderseits durch Platten 5 verschlossen. Anschließend wird in einer Quarzhülle 6 in Argon mit 0,1% Stickstoff bei atmosphärischem Druck mittels der Hochfrequenzspirale 7 auf 2550° C erhitzt. Dabei entstehen nahezu senkrecht zur Gefäßwand durch Rekristallisierung und/oder Kondensation plattenförmige Siliciumcarbidkristalle, die η-leitend sind.

Nach Abkühlung wird, wie in F i g. 3 veranschaulicht, das Gefäß 1 bis 4 auf ein Graphitgefäß 9 gesetzt, welches Aluminiumcarbid 10 enthält, und das Ganze wird mittels einer Platte 5 verschlossen. Bei Erhitzung der Kristalle 8 auf 2250° C und des Aluminiumcarbids 10 auf 2100° C in einer Argonatmosphäre wird dann p-leitendes Siliciumcarbid, das Aluminium als Akzeptor enthält, epitaxial an den Kristallen abgesetzt.

In F i g. 4 ist ein solcher Kristall schematisch im Schnitt dargestellt. Der η-leitende Teil 11 des Kristalls enthält ungefähr 0,001% Stickstoff und der p-leitende Teil 12 etwa 0,1% Aluminium.

Dieser Kristall wird zu Plättchen von je 1 mm² und 0,5 mm Stärke gesägt, die, wie in F i g. 5 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, an dem η-leitenden Teil 11 und dem p-leitenden Teil 12 durch das Aufschmelzen einer Goldlegierung 14 mit 5% Tantal bei 1300°C mit Platinkontaktdrähten 13 versehen werden.

Die entstandene Diode strahlt bei Belastung mit 10 V 30 mA orangefarbenes Licht aus. Bei höheren Injektionsströmen, wie z. B. 300 mA, wird blaues Licht emittiert.

Beispiel 2

Auf ähnliche Weise wie im Beispiel 1 beschrieben werden plattenförmige η-leitende Siliciumcarbidkristal-Ie 8 hergestellt, an denen Siliciumcarbid epitaxial abgeschieden wird, das durch die Zuführung von Aluminium und Bor über die Gasphase p-leitend ist. Dazu wird in das Gefäß 9 ein Gemisch von Aluminiumcarbid und Borcarbid gegeben. Das Abscheiden des p-leitenden Siliciumcarbids wird bei denselben Temperaturen durchgeführt, wie im Beispiel 1 angegeben.

Durch die Anwesenheit des Aluminiums konnte auch hier die Abscheidung bei einer niedrigeren Temperatur

vorgenommen werden als bei der Bildung der n-leitenden Substratkristalle notwendig war, und infolge des Umstandes, daß Bor schneller in Siliciumcarbid eindiffundiert als Aluminium, ist das aufgenommene Bor maßgebend für den p-n-Übergang und daher für die Farbe des Lichtes, das von einer Diode (F i g. 5) ausgestrahlt wird. Bei einem Injektionsstrom von 30 mA bei 10 V wird grünes Licht emittiert. Bei höheren Injektionsströmen, wie z. B. 300 mA, hat das Licht, ebenso wie bei der Diode nach Beispiel 1, eine blaue Farbe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidkristallen, bei denen ein p-n-Übergang dadurch erhalten wird, daß während des Anwachsens der Kristalle durch Rekristallisierung und/oder Kondensation in einer inerten Gasatmosphäre in einem von Siliciumcarbid begrenzten Raum nacheinander Dotierungen, die verschiedene Leitungseigenschaften in Siliciumcarbid herbeiführen, dem Kristallisationsraum zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von 2300 bis 2600° C in Anwesenheit eines Donators n-Typ-Siliciumcarbidkristalle gebildet werden, die Temperatur bis unter 2000° C herabgesetzt wird, anschließend, nachdem der Kristallisationsraum völlig vom Donator befreit worden ist, diesem Raum als Akzeptor zugeführt und das Anwachsen der Siliciumcarbidkristalle bei einer Temperatur fortgesetzt wird, die um 200 bis 300° C niedriger ist als die, bei der die η-Typ- Kristalle gebildet worden sind.