152478. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető vegyületek, különösen II-V vegyületek kristályainak előállítására

152478 komponensét, mint oldószert, a másik komponenssel előnyösen 10—20 atomszázalékig telítik, majd lassú lehűtéssel az oldatból a keletkező vegyületet kristályosítjuk. A folyamat a vegyület olvadáspontjánál lényegesen alacsonyabb hőfokon véghezvihető, így kisebb a felhasznált segédanyagok — ampulla, tégely — igénybevétele, és csökken a keletkező kristály eszközből származó elszennyeződésének veszélye. Ha az oldatba vitt komponens illékony, akkor ez az eljárás is hermetikusan lezárt rendszert kíván. Az eljárásnak fentiekben leírt, sztatikusnak nevezhető megoldása azonban több hátránnyal jár. A kristály növekedési sebességét a diffúziós viszonyok szabják meg, melyek a hőfoktól és a telítettség mértékétől függnek, és így ez a sebesség a hűlési folyamat alatt nem állandó. A kristály növekedéséhez nem elégséges az oldatban levő vegyület diffúziója a kristályosodási határréteghez, hanem a kristályba be nem épülő, feleslegessé váló ©Időkomponensnek a határrétegből diffúzió útján el kell távoznia. Ezért a kristály növekedési sebessége igen kicsi. A kétirányú anyagtranszport közül az oldó komponens diffúziója a lassabb-, mivel lényegesen kisebb a koncentrációgradiens. Ez a sztöűhiometriától eltérő tartományok és mechanikus zárványok létrejöttét okozhatja a kristályban. Az így előállított kristályok ezért rosszabb minőségűek, mint a klasszikus, olvadékból növelt kristályok. Az eljárás azonban a polikristályos vegyület előállításához igen előnyös és gazdaságos, mert ez esetben a sztöchiometriától való eltérés nem döntő, mivel ez az egykristály előállításánál korrigálható. A találmány szerinti eljárás kiküszöböli az oldatból kiinduló kristályelőállítás általánosan ismert, sztatikus megoldásainak hátrányos tulajdonságait, megszünteti a rendszer leforrasztásának szükségességét. Lényege és elvi megoldása a következő: Az oldószerként felhasznált komponens — továbbiakban A komponens — az 1 ábrának megfelelően két, egymástól elkülönített és egymással csak az A komponens olvadékán keresztül csatlakozó tartomány között helyezkedik el. Az első az abszorpciós 1 tartomány, melyben az A komponens a vegyület másik, B komponensének — melyet oldatba vinni kívánunk — gőz, olvadék vagy szilárd fázisával kontaktusban van, és a B komponenssel folyamatosan telítődni tud. A második a kikristályosítási 2 tartomány, melynek hőfokát úgy kell megválasztani, hogy a B komponens gőznyomása az oldat felett elhanyagolható legyen. A kristályosodást a 3 magkristály segíti elő, melyet az oldatból mechanikus húzószerkezet emel ki a kristály növekedésének megfelelő sebességgel. Ez lényegesen nagyobb lehet, mint a sztatikus megoldásoknál, mert a folyamatos kihúzás miatt gyakorlatilag megszűnik a kétirányú anyagtranszport és a kristály növekedését döntően az oldott AB vegyület diffúziója határozza meg. Ezt a diffúziót a két tartomány között az oldatban kialakított, a diffúzió irányának megfelelő hőgradiens segíti elő. A hőgradienst az 1. ábrának 4 hőeloszlási görbéjén tüntettük fel. Az abszorpciós tartomány hőfokát úgy kell beállí-5 tani, hogy a hőfoknak megfelelő oldódási sebesség a kristály növekedéséhez megkívánt anyagtranszportot biztosítani tudja. A kristály növelését a folyamatos telítődés következtében mindaddig folytatni lehet, míg a rendszerben a 10 működés feltételeihez szükséges mennyiségű A komponens van. A rendszer nyomás-egyensúlyát a kristályosítási oldalon semleges gáz, pl. Ar nyomásával állítjuk be. Az így előállított kristályok minősége eléri az olvadékból 15 növelt kristályok minőségét. Az eljárás megvalósítására példaképpen két lehetséges kivitelt közlünk. Az egyik célszerű megoldásban az A komponens két végén nyitott tégelyben helyezkedik el (1. ábra), és így 20 kerül kontaktusba és létesít egyúttal összeköttetést az egymástól elkülönített 1 telítési és 2 kikristályosítási tartománnyal. Lehetséges olyan megoldás is (2. ábra), amelyben az A komponens a B komponens gőzeivel valamely 25 semleges anyagból készült, de a B komponens gőzeinek átlátszó — ha például & B komponens foszfor, akkor grafit — vagy porózus 5 falon át kerül kontaktusba a telítési tartományban. A találmány szerinti eljárás, GaAs esetében 30 például a következőképpen foganatosítható: Az 1. ábrának megfelelő elrendezésben az A oldókomponens a Ga. A telítési tartományban a Ga hőfoka célszerűen 800—1200 C°. A B komponens — ez esetben As — gőznyomását 0,8—1 35 atmoszférára állítjuk be. A gyors kristálynövekedést nagy hőgradiens segíti elő. A hőgradiens értéke célszerűen 200 C° (cm és 800 C°) cm között van a kristálynövelés sebesség-igényeinek megfelelően. A kristályosítási tartomány 40 hőfoka 400—600 C°. A kristályosítási tartomány hőfokának és a hőgradiens értékének összehangolása az egyenletes és jó kristálynövekedés alapfeltétele a találmánynak megfelelő eljárásnál. 45 Szabadalmi igénypontok: 1. Eljárás félvezető vegyületek, különösen 50 magas olvadáspontú III—V vegyületek polivagy egykristályainak előállítására legalább két komponensből, azzal jellemezve, hogy az egyik — a továbbiakban A — komponenst, mint oldó komponenst két, egymástól elkülönített tartó-55 many között helyezzük el oly módon, hogy a két tartomány között csak az A komponens olvadékán keresztül létesítünk összeköttetést, és az egyik tartományban — a telítési tartományban — a másik oldandó — a továbbiakban B 60 — komponenst helyezzük el gőz, olvadék vagy szilárd fázisban és ezáltal kontaktusba hozzuk az A komponens olvadékával, mikoris az A komponens olvadékát folyamatosan túltelítjük a B komponenssel, míg a másik tartományban 65 — a kristályosítási tartományban — az oldat-2