DE1019013B - Process for the formation of an inversion layer in surface semiconductors by the melt-back process - Google Patents

Process for the formation of an inversion layer in surface semiconductors by the melt-back process

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DE1019013B
DE1019013B DEG16690A DEG0016690A DE1019013B DE 1019013 B DE1019013 B DE 1019013B DE G16690 A DEG16690 A DE G16690A DE G0016690 A DEG0016690 A DE G0016690A DE 1019013 B DE1019013 B DE 1019013B
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acceptor
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melt
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Robert Noel Hall
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General Electric Co
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Flächenhalbleiter und auf ein Verfahren zur Herstellung der Inversionsschicht. Sie betrifft insbesondere Weiterbildungen und mehr ins einzelne gehende Verfahrensvorschriften des in der Hauptpatentanmeldung G 13512 VIII c/21g, angegebenen Rückschmelz-Verfahrens The invention relates to planar semiconductors and to a method for producing the inversion layer. It relates in particular to further training and more detailed procedural provisions in the main patent application G 13512 VIII c / 21g, specified remelting process

Es ist bekannt, bei der Herstellung von p-n-Inversionsschichten ein Stufenziehverfahren zu benutzen, daß in der Veröffentlichung des Erfinders R. N. Hall in der Zeitschrift »Physical Review«, 1952, Bd. 88, S. 139, in seinen Grundzügen angegeben ist.It is known in the manufacture of p-n inversion layers to use a step drawing process that is described in the publication by inventor R. N. Hall in the journal "Physical Review", 1952, Vol. 88, p. 139, is given in its main features.

Bei der in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Weiterbildung dieses Verfahrens wird ein Teil eines einkristallinen Halbleiterkörpers, welcher Akzeptorelemente beider Leitfähigkeitstypen mit stark verschiedener Abscheidungskonstante enthält und dessen anfängliche Leitfähigkeit durch den Aktivator mit der kleineren Abscheidungskonstante bestimmt wird, so erhitzt, daß dieser Teil des Halbleiterkörpers schmilzt; er wird dann durch Abkühlung derart zur Rekristallisation gebracht, daß der Aktivator mit der höheren Abscheidungskonstante in dem rekristallisierten Teil zu einem größeren Anteil gebunden und dadurch wenigstens in einem Bruchteil des rekristallisierten Teiles die entgegengesetzte Leitfähigkeitseigenschaft wie an dem nicht geschmolzenen Teil erzeugt wird.In the development of this method described in the main patent application, part of a single-crystal Semiconductor body, which acceptor elements of both conductivity types with widely different deposition constants contains and its initial conductivity due to the activator with the smaller deposition constant is determined, heated so that this part of the semiconductor body melts; he will then go through Cooling brought to recrystallization in such a way that the activator with the higher deposition constant in the recrystallized part bound to a larger proportion and thereby at least a fraction of the recrystallized Part has the opposite conductivity property as is produced on the non-melted part.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verschiedene Weiterbildungen dieses Verfahrens, je nachdem, ob der Akzeptor oder der Donator die kleinere Abscheidungskonstante hat.The present invention relates to various developments of this method, depending on whether the Acceptor or donor has the smaller deposition constant.

Erfindungsgemäß wird in dem einen Fall zunächst eine Schmelze hergestellt, die aus Germanium, einem Donator und einem Akzeptor mit wesentlich kleinerer Abscheidungskonstante als derjenigen des Donators besteht und das Gewichtsverhältnis jedes der beiden Aktivatoren zwischen 0,1 und 5000 Teilen auf 1000 000 des Germaniums bemessen und das Gewichtsverhältnis des Donators zum Akzeptor kleiner als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem reziproken Wert des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten, aber größer als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten gemacht ist und aus dieser Schmelze ein Kristall gezüchtet. Aus diesem wird sodann ein kleiner Kristall herausgeschnitten, eine Stelle an der Oberfläche dieses herausgeschnittenen Kristalls wieder geschmolzen, abgekühlt und rekristallisiert, um die rekristallisierte Zone des Halbleitermaterials in ein Material vom umgekehrten Leitungstyp umzuwandeln. Der Donator kann in diesem Fall z. B. aus Arsen und der Akzeptor aus Indium bestehen.According to the invention, in one case, a melt is first produced that consists of germanium, a donor and an acceptor with a significantly smaller deposition constant than that of the donor and the weight ratio of each of the two activators between 0.1 and 5000 parts per 1000,000 of the germanium sized and the weight ratio of the donor to the acceptor less than the ratio of their Molecular weights multiplied by the reciprocal of the ratio of their deposition constants, but larger as the ratio of their molecular weights multiplied by the square of the reciprocal of the ratio of their Deposition constants are made and a crystal is grown from this melt. This then becomes a small crystal cut out, a spot on the surface of this cut out crystal again melted, cooled and recrystallized to form the recrystallized zone of the semiconductor material into a material to convert from the reverse conduction type. The donor can in this case e.g. B. from arsenic and the The acceptor consists of indium.

Bei einem anderen, ähnlich verlaufenden Verfahren wird gemäß der Erfindung so vorgegangen, daß zunächst eine Schmelze aus Germanium, einem Akzeptor und einem Donator mit wesentlich kleinerer Abscheidungskonstante Verfahren zur Bildung
einer Inversionsschicht in Flächenhalbleitern nach dem Rückschmelz-Verfahren In another, similarly proceeding process, the procedure according to the invention is such that initially a melt of germanium, an acceptor and a donor with a significantly lower deposition constant is a process for formation
an inversion layer in planar semiconductors using the melt-back process

Zusatz zur Patentanmeldung G 13512 VIIIc/21 gAddition to patent application G 13512 VIIIc / 21 g

Anmelder:Applicant:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)General Electric Company,
Schenectady, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7Representative: Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. März 1954Claimed priority:
V. St. v. America March 12, 1954

Robert Noel Hall, Schenectady, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenRobert Noel Hall, Schenectady, NY (V. St. A.),
has been named as the inventor

als derjenigen des Akzeptors hergestellt wird, daß das Gewichtsverhältnis jedes Aktivators zum Germanium zwischen 0,1 bis 5000 Teilen auf 1 000 000 beträgt und das Gewichtsverhältnis des Akzeptors zum Donator kleiner als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem reziproken Wert des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten, aber größer als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten ist, daß ein kristalliner Körper aus dieser Schmelze hergestellt wird und aus diesem Körper wieder ein kleiner Kristall herausgeschnitten wird, daß eine Stelle an der Oberfläche dieses Ideinen Kristalls zum Schmelzen gebracht und sodann wieder abgekühlt und rekristallisiert wird, um die rekristallisierte Zone in ein Halbleitermaterial von umgekehrtem Leitungstyp umzuwandeln. In diesem Fall besteht der Akzeptor z. B. aus Gallium und der Donator aus Antimon.than that of the acceptor that the weight ratio each germanium activator is between 0.1 and 5000 parts per 1,000,000 and the weight ratio of the acceptor to the donor is less than the ratio of their molecular weights multiplied with the reciprocal of the ratio of their deposition constants, but greater than the ratio of their Molecular weights multiplied by the square of the reciprocal of the ratio of their deposition constants is that a crystalline body is produced from this melt and a small one from this body Crystal is cut out so that a point on the surface of this crystal is melted and then cooled again and recrystallized to convert the recrystallized zone into a semiconductor material to convert from reverse line type. In this case the acceptor consists e.g. B. from gallium and the antimony donor.

Bei einem weiteren Verfahren wird gemäß der Erfindung so vorgegangen, daß zunächst eine Schmelze aus Germanium, einem Akzeptor und einem Donator mit wesentlich kleinerer Abscheidungskonstante als derjenigen des Akzeptors hergestellt wird, daß das Gewichtsverhältnis des Donators zum Akzeptor in der Schmelze zwischen 0,5 und 1,0 multipliziert mit dem Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes des Verhältnisses ihrer Abschei-In a further method, the procedure according to the invention is that first of all a melt Germanium, an acceptor and a donor with a much smaller deposition constant than that of the acceptor is produced that the weight ratio of the donor to the acceptor in the melt between 0.5 and 1.0 multiplied by the ratio of their molecular weights multiplied by the square of the reciprocal value of the ratio of their deposition

7OJ 759/3377OJ 759/337

3 -13 -1

dungskonstanten ist, daß ein Kristall aus dieser Schmelze nur 1 mA hindurch, während sie in der Durchlaßrichtungconstants is that a crystal from this melt only passes 1 mA through it while in the forward direction

gezüchtet wird und aus diesem wieder ein kleiner Kristall bei 1 Volt Spannung etwa 50 mA führt.is grown and from this again a small crystal leads to about 50 mA at 1 volt.

herausgeschnitten wird, daß eine Stelle an der Oberfläche Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindungis cut out that a point on the surface In a further embodiment of the invention

dieses Ideinen Kristalls zum Schmelzen gebracht und so- wird ein Flächentransistor nach Fig. 7 mit einer unge-this crystal is brought to melt and so a junction transistor according to FIG. 7 with an un-

dann wieder abgekühlt und rekristallisiert wird, um diese 5 wohnlich dünnen Basiselektrodenschicht 10«, die sehris then cooled again and recrystallized to create this 5 cozy, thin base electrode layer 10 ″, which is very

rekristallisierte Zone in einen Halbleiter von umgekehrtem erstrebenswert ist und die beispielsweise etwa 0,025 mmrecrystallized zone in a semiconductor of the reverse is desirable and which is, for example, about 0.025 mm

Leitungstyp umzuwandeln. In diesem Fall kann der stark sein kann, dadurch gewonnen, daß man zunächstConvert line type. In this case it can be strong, gained by first

Akzeptor wieder aus Gallium und der Donator wieder aus eine Schmelze aus 20 g sehr reinen Germaniums, aus 150 mgThe acceptor is again made of gallium and the donor is made of a melt of 20 g of very pure germanium, from 150 mg

Antimon bestehen. Antimon und aus 0,16 mg Gallium herstellt. Das weitereConsist of antimony. Antimony and from 0.16 mg gallium. The other

Die Erfindung betrifft auch Halbleitervorrichtungen, i° Verfahren verläuft wieder so, wie es oben für die mit ArsenThe invention also relates to semiconductor devices; the method again proceeds as it did above for those with arsenic

die nach diesem Verfahren hergestellt sind und ein oder und Indium imprägnierte Schmelze erläutert wurde. Anwhich are produced by this process and a melt impregnated with or and indium was explained. At

zwei Inversionsschichten aufweisen. die Basiselektrodenschicht 10α ist ein Zuleitungsdraht 13have two inversion layers. the base electrode layer 10α is a lead wire 13

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes bei etwa 4000C mittels eines Indiumlotes 14 befestigt.Attached embodiments of the subject invention at about 400 0 C by means of a Indiumlotes fourteenth

werden im folgenden im Zusammenhang mit der Zeich- Dieses Lot 14 verschmilzt dabei mit der Kante der Basis-are in the following in connection with the drawing This perpendicular 14 merges with the edge of the base

nung näher beschrieben. 15 elektrodenschicht 10 a und liefert positive Stromträger indescribed in more detail. 15 electrode layer 10 a and supplies positive current carriers in

In den Zeichnungen entspricht Fig. 1 bis 5 den Fig. 1 die Basiselektrodenschicht hinein. Dabei kann die Löt-In the drawings, Figs. 1 to 5 correspond to Fig. 1 with the base electrode layer inside. The soldering

bis 5 der Hauptpatentanmeldung. perle 14 eine größere Höhe besitzen als der senkrechteto 5 of the main patent application. pearl 14 have a greater height than the vertical

Fig. 6 zeigt eine Halbleiterdiode des umgekehrten Abstand der Inversionsschichten 6a und 6c beiderseits derFig. 6 shows a semiconductor diode of the inverse spacing of the inversion layers 6a and 6c on both sides of the

Leitungstyps wie die Diode der Fig. 3, und Basiselektrodenschicht 10a beträgt, da Indium einConductivity type like the diode of FIG. 3, and base electrode layer 10a, since indium is a

Fig. 7 zeigt einen Flächentransistor mit besonders 20 Akzeptor ist und infolgedessen das Germanium an denFig. 7 shows a junction transistor with an especially 20 acceptor and consequently the germanium to the

dünner Basiselektrode. Berührungsstellen mit dem Indiumlot in p-Germaiiiumthin base electrode. Contact points with the indium solder in p-Germaiiium

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine umwandelt. Es entsteht somit eine InversionsschichtAccording to one embodiment of the invention, one is converted. This creates an inversion layer

Flächenhalbleiterdiode hoher Sperrspannung und mit zwischen der mit Indium imprägnierten Zone einerseitsSurface semiconductor diode with high reverse voltage and with between the indium-impregnated zone on the one hand

einer stark ausgeprägten p-Zone und einer schwachen und den n-Zonen 9 und 11 andererseits. Diese Art einesa strongly pronounced p-zone and a weak one and the n-zones 9 and 11 on the other hand. That kind of one

η-Zone dadurch hergestellt, daß man zunächst eine 25 Elektrodenanschlusses an eine dünne p-Schicht einesη zone produced by first connecting an electrode to a thin p-layer of a

Schmelze, bestehend aus 63 g sehr reinen Germaniums n-p-n-Transistors ist in der Patentanmeldung G 13110Melt consisting of 63 g of very pure germanium n-p-n transistor is in patent application G 13110

(nämlich eines Germaniums von über 20 Ohm-cm), aus VIIIc/21g beschrieben.(namely a germanium of over 20 ohm-cm), described from VIIIc / 21g.

7 mg Indium und aus 14 Mikrogramm Arsen herstellt. Aus Transistoren, welche nach dem oben beschriebenen dieser Schmelze wurde zunächst ein monokristalliner Verfahren hergestellt wurden, besitzen eine Stromver-Körper nach dem bekannten Keimkristallverfahren 30 Stärkung von etwa 100 bis 500 in einer Verstärkerschalwährend der Erstarrung der Schmelze hergestellt. Dieses tung mit geerdetem Emitter und besitzen p-Schichten von Keimkristallverfahren ist auch unter der Bezeichnung etwa 0,025 mm Dicke. Je dünner die p-Schicht ist, desto Czochralski-Verfahren bekannt und ist von Roth und schneller spricht der Transistor auf eine Änderung des Taylor in der Zeitschrift "Proceedings of the LR, Ε.«, Erregerstromes an. So dünne p-Schichten treten deshalb Bd. 40, S. 1338 ff., November 1952, beschrieben. Der auf 35 auf, weil die Abkühlung während der Rekristallisation diese Weise gewonnene erstarrte monokristalline Körper besonders schnell vor sich geht — sie beträgt nämlich wird sodann mittels einer Diamantsäge in seiner Längs- ganz ungefähr 1500C je Sekunde — und weil das Verrichtung in dünne Stäbe von einigen Zoll Länge und etwa hältnis der von dem Germanium während der Rekristalli-0,75 ■ 0,75 mm Querschnitt zerlegt. Das Ende jedes Stabes sation gebundenen Aktivatoren sich entsprechend schnell wird sodann etwa 5 Sekunden lang in einem Knallgas- 40 ändert. Wenn der ganze kristalline Körper, der während gebläse, welches auf sehr geringen Sauerstoffgehalt ein- der Erstarrung aus der Schmelze gewonnen wird, von gestellt ist, erhitzt, so daß nur das Stabende schmilzt. neuem zum Schmelzen gebracht und dann rekristallisiert Sodann läßt man das .geschmolzene Stabende sich ab- wird, geht die Abkühlung sehr viel langsamer vor sich kühlen und rekristallisieren, so daß an der Grenzfläche der und beträgt nur etwa 100C je Minute, so daß die verungeschmolzenen Zone 4 eine Inversionsschicht auftritt. 45 schiedenen Verunreinigungen etwa in konstantem Ver-Der dünne Stab wird sodann etwa 0,5 mm unterhalb der hältnis gebunden werden und somit nur eine einzige Inversionsschicht 6 durchschnitten, so daß der Flächen- p-n-Schicht an der Grenzfläche der zurückgeschmolzenen halbleiter nach Fig. 2 entsteht. Sodann werden mittels Zone entsteht.7 mg indium and 14 micrograms arsenic. From transistors, which were first produced in a monocrystalline process according to the above-described melt, a current body is produced according to the known seed crystal process 30 strengthening of about 100 to 500 in an amplifier shell during the solidification of the melt. This device with a grounded emitter and having p-layers from seed crystal processes is also known as about 0.025 mm thick. The thinner the p-layer, the more known the Czochralski method and is known by Roth and the faster the transistor responds to a change in the Taylor excitation current in the journal "Proceedings of the LR, Ε.". That is why such thin p-layers occur Vol. 40, p. 1338 ff., November 1952. The solidified monocrystalline body obtained in this way on 35 because the cooling during recrystallization is particularly rapid - it is then all about 150 0 C per second - and because the slim rods performing in from a few inches in length and about 0.75-ratio of the Rekristalli decomposed ■ 0.75 mm cross-section of the germanium during the end of each rod sation bound activators accordingly. it then changes rapidly for about 5 seconds in an oxyhydrogen gas 40. When the whole crystalline body, which during the blower, which is at a very low oxygen content, solidifies from the melt ze is obtained by being placed, heated so that only the end of the rod melts. again brought to melt and then recrystallized. Then the .schmolzene rod end is allowed to cool down and recrystallize very much more slowly, so that at the interface of and is only about 10 0 C per minute, so that the an inversion layer occurs in the unmelted zone 4. The thin rod is then bound about 0.5 mm below the ratio and thus only a single inversion layer 6 is cut through, so that the surface pn layer at the interface of the melted back semiconductors according to FIG arises. Then are created by means of a zone.

einer gewöhnlichen Zinnlegierung 13 am oberen und Neben den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen unteren Ende des Flächenhalbleiters Nickeldrähte 7 ange- 50 zur Herstellung von p-n-Schichten in Flächengleichlötet, und zwar bei einer Temperatur von etwa 250° C, so richtern können gemäß der Erfindung auch noch andere daß ein fertiger Flächenhalbleiter nach Fig. 3 gewonnen Flächengleichrichter und Flächentransistoren von weitwird. Solche Flächenhalbleiterdioden zeigten in der Sperr- gehend anderen physikalischen und elektrischen Eigenrichtung nur einen Strom von etwa 0,2 mA bei etwa schäften dadurch hergestellt werden, daß man dieZusatz-100 Volt Spannung in der Sperrichtung, während in der 55 mengen des Akzeptors und des Donators für die zuerst Durchlaßrichtung bei 1 Volt Spannung bereits ein Strom hergestellte Halbleiterschmelze anders wählt,
von etwa 14 mA floß. Der verwendbare Bereich des Gewichtsverhältnisses Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird des Donators und Akzeptors in der Schmelze zur Hereine Halbleiterdiode mit hohem Strom in der Durchlaß- stellung von p-n-Schichten läßt sich nach den folgenden richtung und mit einer stark ausgeprägten η-Zone sowie 60 Gleichungen bestimmen. Wenn der Donator die kleinere einer schwachen p-Zone dadurch gewonnen, daß man zu- Abscheidungskonstante K hat, so gilt die Gleichung
nächst eine Schmelze aus 20 g sehr reinen Germaniumsan ordinary tin alloy 13 at the upper and lower end of the flat semiconductor nickel wires 7 for the production of pn layers soldered in flat areas, namely at a temperature of about 250 ° C., according to the invention, others can also judge that a finished surface semiconductor according to FIG. 3 obtained surface rectifiers and surface transistors from far. Such surface semiconductor diodes showed in the blocking other physical and electrical intrinsic direction only a current of about 0.2 mA at about shafts can be produced by adding the additional 100 volts voltage in the reverse direction, while in the 55 amounts of the acceptor and the donor selects a different semiconductor melt for the first forward direction at 1 volt voltage,
of about 14 mA flowed. The usable range of the weight ratio. In another embodiment of the invention, the donor and acceptor in the melt to form a semiconductor diode with a high current in the forward position of pn layers can be in the following direction and with a strongly pronounced η zone and 60 Determine equations. If the donor gains the smaller of a weak p-zone by having a deposition constant K , then the equation holds
next a melt of 20 g of very pure germanium

(über 20 Ohm · cm), aus 150 mg Antimon und aus 0,5 mg Mol G11 Kd Gn Mol Ga
Gallium herstellt und sodann ebenso verfährt wie bei dem Möl~G~, ' Kn ' G11 "" Mo1G7
vorstehend beschriebenen Beispiel einer mit Arsen und 65
Indium imprägnierten Germaniumschmelze beschrieben. und wenn der Akzeptor die kleinere Abscheidungskon-Die auf diese Weise hergestellte Halbleiterdiode, die in stante A* hat, die folgende Gleichung
Fig. 6 dargestellt ist, besitzt den umgekehrten Leitungstyp wie die in Fig. 3 dargestellte Diode und läßt in der ^MoK^, _ K„ ^ G^
Sperrichtung bei 50 Volt Sperrspannung einen Strom von 70 Mol Gä Ka Gn Mol G11 K (over 20 ohm cm), from 150 mg of antimony and from 0.5 mg of mol G 11 K d G n mol G a
Produces gallium and then proceeds in the same way as with the Möl ~ G ~, 'K n ' G 11 "" Mo1G7
Example of one with arsenic and 65 described above
Indium-impregnated germanium melt is described. and when the acceptor has the smaller deposition con-Die semiconductor diode manufactured in this way, which is constant A *, the following equation
Fig. 6 is shown, has the reverse conductivity type as the diode shown in Fig. 3 and leaves in the ^ MoK ^, _ K " ^ G ^
Reverse direction at 50 volts reverse voltage a current of 70 mol G ä K a G n mol G 11 K

In diesen Gleichungen bedeutet der Index α einen Akzeptor und der Index d einen Donator. Dabei können natürlich die tatsächlich verwendeten Mengen von den berechneten Werten je nach der benutzten Konzentration des Aktivators etwas abweichen.In these equations, the index α means an acceptor and the index d means a donor. Of course, the amounts actually used can differ somewhat from the calculated values depending on the concentration of the activator used.

Aus diesen Gleichungen ersieht man, daß für die Herstellung von wenigstens einer p-n-Schicht das Gewichtsverhältnis der Aktivatoren in der ursprünglichen Schmelze kleiner sein muß als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem reziproken Wert der Abscheidungskonstanten. Das Gewichtsverhältnis der Aktivatoren muß andererseits größer sein als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes ihrer Abscheidungskonstanten. Bei Benutzung von Indium und Arsen als Aktivatoren sind Gewichtsverhältnisse von etwa 64 bis zu etwa 2400 für das Verhältnis Indium zu Arsen zur Bildung einer p-n-Schicht nach der Erfindung geeignet.From these equations it can be seen that for the production of at least one p-n layer the weight ratio of the activators in the original melt must be smaller than the ratio of their molecular weights multiplied by the reciprocal value of the deposition constant. On the other hand, the weight ratio of the activators must be greater than the ratio of their molecular weights multiplied by the square of the reciprocal of their deposition constant. When using indium and arsenic activators are weight ratios of about 64 up to about 2400 for the indium to ratio Arsenic suitable for forming a p-n layer according to the invention.

Für Halbleiter, wie beispielsweise Transistoren, welche zwei p-n-Schichten besitzen, müssen die Gewichtsverhältnisse mit größerer Genauigkeit eingehalten werden und lassen sich nach der folgenden Gleichung bestimmen:For semiconductors, such as transistors, which have two p-n layers, the weight ratios can be adhered to with greater accuracy and can be determined using the following equation:

0,5-0.5-

MoIG, \Ka MoIG, \ K a

MolGd MolG d

Diese Gleichung zeigt, daß zur Herstellung von p-n-Schichten die Gewichtsverhältnisse zwischen 0,5 und 1,0 multipliziert mit dem Verhältnis ihrer Molgewichte und multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes ihrer Abscheidungskonstanten zu wählen sind. Wie oben erwähnt, besitzen nur Aktivatoren, wie Antimon und Gallium, einen genügenden Unterschied der Steilheit in den Kurven, welche die Abhängigkeit der Abscheidungskonstanten von der Wachstumsgeschwindigkeit angeben, um zwei Inversionsschichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen zu können. Für Antimon und Gallium haben sich für Gewichtsverhältnisse zwischen 500 und 950 n-p-n-Transistoren mit zwei p-n-Schichten 6a und 6 δ herstellen lassen, während bei Gewichtsverhältnissen zwischen 850 und 950 außerdem noch p-Schichten mit 0,025 bis 0,75 mm Dicke auftraten. Gewichtsverhältnisse von 100 bis 500 des Antimons zum Gallium bilden nur eine p-n-Schicht und sind daher für Dioden 4-5 geeignet.This equation shows that the weight ratios between 0.5 and 1.0 multiplied by the ratio of their molecular weights and multiplied by the square of the reciprocal value of their deposition constants are to be selected for the production of pn layers. As mentioned above, only activators such as antimony and gallium have a sufficient difference in steepness in the curves, which indicate the dependence of the deposition constants on the growth rate, in order to be able to produce two inversion layers by the method according to the invention. For antimony and gallium, npn transistors with two pn layers 6a and 6δ could be produced for weight ratios between 500 and 950, while p layers with a thickness of 0.025 to 0.75 mm also occurred for weight ratios between 850 and 950. Weight ratios of 100 to 500 of the antimony to the gallium only form a pn layer and are therefore suitable for diodes 4-5.

Die absolute Größe der Mengen des Donators und Akzeptors hängt von der gewünschten Leitfähigkeit für die η-Zone und p-Zone ab. Je größer der Verunreinigungsgehalt ist, desto größer wird die Leitfähigkeit der betref- fenden Zone. Der allgemeine Bereich der absoluten Menge der in der Ausgangsschmelze erforderlichen Aktivatoren liegt zwischen 0,1 und 5000 Teilen des Aktivators auf 1 000 000 Teile des verwendeten Halbleiterelementes. Beispielsweise ergab ein Verhältnis von 100 Teilen Indium auf 1 000 000 Teile Germanium in einer Schmelze p-Zonen von etwa 1 Ohm ■ cm.The absolute size of the amounts of donor and acceptor depends on the desired conductivity for the η-zone and p-zone. The greater the impurity content, the greater the conductivity of the fenden zone. The general range of the absolute amount of activators required in the starting melt is between 0.1 and 5000 parts of the activator per 1,000,000 parts of the semiconductor element used. For example, a ratio of 100 parts of indium to 1,000,000 parts of germanium in a melt resulted in p-zones of about 1 ohm ■ cm.

Claims (10)

Patentansprüche: 60Claims: 60 1. Verfahren zur Herstellung von Flächenhalbleitern mit Inversionsschichten nach dem Rückschmelz- (Remelt- and Segregations-) Verfahren gemäß Hauptpatentanmeldung G 13512 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schmelze hergestellt wird, die aus Germanium, einem Donator und einem Akzeptor mit wesentlich kleinerer Abscheidungskonstante als derjenigen des Donators besteht und daß das Gewichtsverhältnis jedes der beiden Aktivatoren zum Germanium zwischen 0,1 und 5000 Teilen auf 1 000 000 des Germaniums beträgt, daß das Gewichtsverhältnis des Donators zum Akzeptor kleiner ist als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem reziproken Wert des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten, aber größer ist als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten, daß aus dieser Schmelze ein Kristall gezüchtet wird und aus diesem sodann ein kleiner Kristall herausgeschnitten wird, daß eine Stelle an der Oberfläche dieses herausgeschnittenen Kristalls wieder geschmolzen, abgekühlt und rekristallisiert wird, um die rekristallisierte Zone des Halbleitermaterials in ein Material vom umgekehrten Leitungstyp umzuwandeln.1. Process for the production of flat semiconductors with inversion layers after remelting (Remelt and segregation) process according to main patent application G 13512 VIIIc / 21g, thereby characterized in that first a melt is produced, which consists of germanium, a donor and an acceptor with a significantly smaller deposition constant than that of the donor and that the weight ratio of each of the two activators to germanium is between 0.1 and 5000 parts to 1,000,000 of the germanium, the weight ratio of the donor to the acceptor is smaller is as the ratio of their molecular weights multiplied by the reciprocal of the ratio of their deposition constants, but is greater than the ratio of their molecular weights multiplied by the square the reciprocal value of the ratio of their deposition constants that from this melt a Crystal is grown and from this then a small crystal is cut out that a Place on the surface of this cut-out crystal again melted, cooled and recrystallized is reversed to convert the recrystallized zone of the semiconductor material into a material Convert line type. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Donator aus Arsen und der Akzeptor aus Indium besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the donor from arsenic and the acceptor consists of indium. 3. Verfahren zur Herstellung von Inversionsschichten in Flächenhalbleitern nach dem Rückschmelz-(Remelt- and Segregations-) Verfahren gemäß Hauptpatentanmeldung G 13512 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schmelze aus Germanium, einem Akzeptor und einem Donator mit wesentlich kleinerer Abscheidungskonstante als derjenigen des Akzeptors hergestellt wird, daß das Gewichtsverhältnis jedes Aktivators zum Germanium zwischen 0,1 bis 5000 Teilen auf 1 000 000 beträgt und das Gewichtsverhältnis des Akzeptors zum Donator kleiner als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem reziproken Wert des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten, aber größer als das Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten ist, daß ein kristalliner Körper aus dieser Schmelze hergestellt wird und aus diesem Körper wieder ein kleiner Kristall herausgeschnitten wird, daß eine Stelle an der Oberfläche dieses kleinen Kristalls zum Schmelzen gebracht und sodann wieder abgekühlt und rekristallisiert wird, um die rekristallisierte Zone in ein Halbleitermaterial von umgekehrtem Leitungstyp umzuwandeln.3. Process for the production of inversion layers in surface semiconductors after remelting (Remelt- and segregation) process according to main patent application G 13512 VIIIc / 21g, characterized in that that initially a melt of germanium, an acceptor and a donor with a significantly smaller deposition constant than that of the acceptor is produced that the weight ratio of each activator to germanium is between 0.1 to 5000 parts per 1,000,000 and the weight ratio of the acceptor to the donor less than the ratio of their molecular weights multiplied by the reciprocal of the ratio their deposition constants, but greater than the ratio of their molecular weights multiplied by that The square of the reciprocal of the ratio of their deposition constants is that of a crystalline Body is made from this melt and a small crystal is cut out of this body that a spot on the surface of this small crystal is melted and then cooled again and recrystallized to convert the recrystallized zone into a semiconductor material of to convert reverse line type. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Akzeptor aus Gallium und der Donator aus Antimon besteht.4. The method according to claim 3, characterized in that the acceptor of gallium and the Donor consists of antimony. 5. Verfahren zur Herstellung von n-p-n-Flächenhalbleitern nach dem Rückschmelz- (Remelt- and Segregations-)Verfahren gemäß Hauptpatentanmeldung G 13512 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schmelze aus Germanium, einem Akzeptor und einem Donator mit wesentlich kleinerer Abscheidungskonstante als derjenigen des Akzeptors hergestellt wird, daß das Gewichtsverhältnis des Donators zum Akzeptor in der Schmelze zwischen 0,5 und 1,0 multipliziert mit dem Verhältnis ihrer Molgewichte multipliziert mit dem Quadrat des reziproken Wertes des Verhältnisses ihrer Abscheidungskonstanten ist, daß ein Kristall aus dieser Schmelze gezüchtet wird und aus diesem wieder ein kleiner Kristall herausgeschnitten wird, daß eine Stelle an der Oberfläche dieses kleinen Kristalls zum Schmelzen gebracht und sodann wieder abgekühlt und rekristallisiert wird, um diese rekristallisierte Zone in einen Halbleiter von umgekehrtem Leitungstyp umzuwandeln. 5. Process for the production of n-p-n planar semiconductors according to the remelt and segregation process according to the main patent application G 13512 VIIIc / 21g, characterized in that first a melt of germanium, a Acceptor and a donor with a significantly smaller deposition constant than that of the acceptor is established that the weight ratio of donor to acceptor in the melt between 0.5 and 1.0 multiplied by the ratio of their molecular weights multiplied by the square of the the reciprocal value of the ratio of their deposition constants is that of a crystal from this Melt is grown and from this again a small crystal is cut out that a Place on the surface of this small crystal melted and then cooled again and is recrystallized to convert this recrystallized region into a reverse conductivity type semiconductor. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Akzeptor aus Gallium und der Donator aus Antimon besteht.6. The method according to claim 5, characterized in that the acceptor of gallium and the Donor consists of antimony. 7. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper mit einer ersten kristallisierten Zone vom einen Leitungstyp, einer zweiten Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp und mit einer Inversionsschicht zwischen beiden Zonen, der nach dem Rückschmelz-(Remelt- and Segregations-) Verfahren gemäß Hauptpatentanmeldung G 13512 VIIIc/21g, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone gleichförmig verteilte Aktivatorelemente beider Leitungstypen enthält, die aber verschiedene Abscheidungskonstanten besitzen und der Aktivator mit der kleineren Abscheidungskonstante in der ersten Zone in überwiegender Menge vorhanden ist, daß ferner die zweite Zone rekristallisiert ist und eine überwiegende Menge des Aktivators mit der höheren Abscheidungskonstante wenigstens in der Nähe der Inversionsschicht enthält und daß schließlich je eine Elektrode an jeder der beiden erwähnten Zonen angebracht ist.7. A semiconductor device having a semiconductor body with a first crystallized zone from one Conduction type, a second zone of the opposite conduction type and with an inversion layer between two zones, the remelt (remelt and segregation) process according to the main patent application G 13512 VIIIc / 21g, characterized in that the first zone is uniform contains distributed activator elements of both types of conduction, but which have different deposition constants and the activator with the smaller deposition constant in the first zone in predominant amount is present, that furthermore the second zone is recrystallized and a predominant one Amount of the activator with the higher deposition constant at least in the vicinity of the inversion layer contains and that finally one electrode is attached to each of the two mentioned zones. 8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Germaniumkörper in der ersten kristallisierten p-Zone kleine Mengen von Arsen und Indium, und zwar mit einem Überschuß an Indium, enthält, und in der rekristallisierten n-Zone8. A semiconductor device according to claim 7, characterized in that a germanium body in the The first p-zone crystallized small amounts of arsenic and indium, with an excess of it Indium, and in the recrystallized n-zone kleine Mengen Arsen und Indium mit einem Überschuß an Arsen enthält.Contains small amounts of arsenic and indium with an excess of arsenic. 9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Germaniumkörper in der ersten kristallisierten η-Zone kleine Mengen an Gallium und Antimon mit einem Überschuß an Antimon enthält, und in der rekristallisierten p-Zone ebenfalls kleine Mengen an Gallium und Antimon, jedoch mit einem Überschuß an Gallium, enthält.9. A semiconductor device according to claim 7, characterized in that a germanium body in the first crystallized η-zone contains small amounts of gallium and antimony with an excess of antimony, and in the recrystallized p-zone also small amounts of gallium and antimony, but with one Excess of gallium. 10. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 7und9, dadurch gekennzeichnet, daß der Germaniumkörper eine dritte rekristallisierte η-Zone mit einer zweiten Inversionsschicht zwischen der dritten und der zweiten Zone enthält, wobei die erste und dritte Zone kleine Mengen von Gallium und Antimon mit einem Überschuß an Antimon, und die zweite p-Zone kleine Mengen von Gallium und Antimon mit einem Überschuß an Gallium enthält. 10. Semiconductor device according to claims 7 and 9, characterized in that the germanium body a third recrystallized η zone with a second inversion layer between the third and the second Zone contains, with the first and third zones small amounts of gallium and antimony with an excess of antimony, and the second p-zone contains small amounts of gallium and antimony with an excess of gallium. In Betracht gezogene Druckschriften:
Phys. Rev., Bd. 88 (1952, S. 139; Bd. 90 (1953), S. 987.Considered publications:
Phys. Rev., Vol. 88 (1952, p. 139; Vol. 90 (1953), p. 987. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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