DE1032404B - Verfahren zur Herstellung von Flaechenhalbleiterelementen mit p-n-Schichten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Flaechenhalbleiterelementen mit p-n-Schichten

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DE1032404B
DE1032404B DEG12486A DEG0012486A DE1032404B DE 1032404 B DE1032404 B DE 1032404B DE G12486 A DEG12486 A DE G12486A DE G0012486 A DEG0012486 A DE G0012486A DE 1032404 B DE1032404 B DE 1032404B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterflächenelementen mit p-n-Schichten.
Die Halbleiter werden üblicherweise in p-Halbleiter, in η-Halbleiter und in Eigenhalbleiter, die bezüglich ihrer Leitfähigkeitseigenschaften weder positiv noch negativ sind, je nach der Art und dem Vorzeichen der vorwiegend vorhandenen Stromträger eingeteilt. Ob ein bestimmter Halbleiter sich als p- oder η-Halbleiter verhält, hängt in erster Linie von der Art der Verunreinigungselemente (Akzeptoren bzw. Donatoren) innerhalb des Halbleiters ab. Antimon, Phosphor und Arsen, die zur Gruppe V des Periodischen Systems gehören, sind z. B. Donatorverunreinigungen und machen Germanium oder Silizium zu einem η-Halbleiter, während z. B. Aluminium, Gallium und Indium, die zur Gruppe III gehören, und auch Zink Akzeptorverunreinigungen darstellen, die Germanium oder Silizium zu einem p-Halbleiter machen. Die Donator- und Akzeptorverunreinigungselemente werden als elektrisch wirksame Verunreinigungen bezeichnet, während für den Halbleiter elektrisch neutrale Verunreinigungselemente als neutrale Verunreinigungen bezeichnet werden. Zinn und Gold sind z. B. neutrale Verunreinigungselemente, die leicht mit Germanium oder Silizium legieren. Normalerweise sind nur winzige Mengen von elektrisch wirksamen Verunreinigungselementen erforderlich, um stark hervortretende Leitfähigkeitseigenschaften des betreffenden Typus im Halbleiter hervorzurufen. Tatsächlich sind bereits Konzentrationen von weniger als 1 : 106 gewisser elektrisch wirksamer Verunreinigungselemente ausreichend.
Es ist bereits bekannt, daß bei der Herstellung eines annähernd reinen Halbleiters durch Erstarrenlassen einer Schmelze aneinandergrenzende Gebiete vom p-Typus und vom η-Typus entstehen, zwischen denen sich eine gleichrichtende Sperrschicht, nämlich die p-n-Schicht befindet. Wenn aus einem erstarrten Halbleitermaterial ein Stück herausgeschnitten wird, das eine derartige p-n-Schicht enthält, so besitzt es typische Gleichrichtereigenschaften und ist licht- und wärmeempfindlich. Ferner sind Halbleiter mit mehreren p-n-Schichten und mit einem Gebiet des einen Leitfähigkeitstypus zwischen zwei Gebieten des entgegengesetzten Leitfähigkeitstypus als Drei-Elektroden-Halbleiter bekannt, die als Transistoren benutzt werden und eine elektrische Spannung, einen Strom und eine Leistung verstärken. Diese Halbleiter werden ja nach der Verteilung ihrer Leitfähigkeitsgebiete als n-p-n-Halbleiter oder p-n-p-Halbleiter bezeichnet.
Häufig wird der ganze Halbleiter, der eine oder zwei p-n-Schichten enthält, in einem Arbeitsgang her-
Verfahren zur Herstellung
von Fläctienhalbleiterelementen
mit p-n-Schichten
Anmelder:
General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. August 1952
Clarence Wilson Hewlett jun.,
Marblehead, Mass. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
gestellt, und anschließend werden aus diesem Körper mehrere kleine p-n-Schichten-Halbleiter herausgeschnitten, welche je eine p-n-Schicht enthalten. Es sind auch Verfahren zur unmittelbaren und individuellen Herstellung von p-n-Halbleiter-Elementen aus kleinen vorgeformten Halbleiterkörpern bekannt. Ein Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterelemente mit einer oder mit mehreren p-n-Schichten, die sich für Gleichrichterzwecke eignen, thermo- und photoempfindlich sind und als Transistoren benutzt werden können, besteht darin, auf der Oberfläche eines Halbleiters mit einem Überschuß von Stromträgern eines bestimmten Vorzeichens eine elektrisch wirksame Verunreinigung anzubringen, welche in dem Halbleitermaterial Stromträger der entgegengesetzten Polarität hervorruft, und das Halbleitermaterial anschließend zu erhitzen, bis das betreffende Verunreinigungselement in den Halbleiter bis zu einer bestimmten Tiefe eindiffundiert ist. Das mit dieser Verunreinigung imprägnierte Gebiet, welches durch diesen Erhitzungsprozeß entsteht, wird dabei in einen Halbleiter von umgekehrtem Leitfähigkeitstypus umgewandelt; es entsteht somit zwischen den Gebieten von verschiedenem Leitfähigkeitstypus eine p-n-Schicht.
Dieses Diffusionsverfahren hat sich zwar zur Herstellung hochwertiger p-n-Schicht-Halbleiter durchaus bewährt, jedoch treten bei seiner praktischen An-
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wendung immer noch .gewisse- Schwierigkeiten auf. Der Erhitzungsvorgang muß nämlich sehr genau gesteuert werden, da eine Erhitzung während einer zu langen Zeitspanne oder auf eine zu hohe Temperatur eine Imprägnierung des ganzen Halbleiters zur Folge hat. Ferner ist die genaue Eindringtiefe und die Konzentration der Verunreinigung an der p-n-Schicht schwierig zu bestimmen und zu beeinflussen, da die Lage und die Zusammensetzung der p-n-Schicht während des Imp rägnierungs Vorgangs schwankt. Außerdem muß der ganze Halbleiter auf eine bestimmte Temperatur, und zwar gewöhnlich auf eine Temperatur über 500° C, gebracht werden, bei welcher die Imprägnierung und die Diffusion stattfindet. Insbesondere wenn der Halbleiter dabei auf eine Temperatur in der Nähe seines Schmelzpunktes kommt, treten in ihm Temperaturbeanspruchungen oder mechanische Spannungen auf, weiche die Gleichrichtereigenschaften und anderen elektrischen Eigenschaften der entstehenden p-n-Schicht beeinträchtigen.
Es ist auch ein pyrolytisches Verfahren zur Erzeugung einer p-Germaniumschicht auf einem n-Germaniumkörper vorgeschlagen worden. Bei diesem Verfahren wird ein Germaniumhalogenid, insbesondere Germaniumjodid, über mehrere in einer Kammer untergebrachte n-Germaniumscheibchen geleitet, wobei die Kammer auf einer Temperatur von etwa 400 bis 5000C gehalten wird, damit eine thermische Zersetzung stattfinden kann. Das Germaniumjodid wird gewöhnlich während des Verfahrens erst gebildet, indem in die Apparatur ein Wasserstoffstrom eingeleitet wird, der an einer kleinen Menge Jod vorbeistreicht und Joddampf mitreißt. Der Joddampf kommt auf seinem weiteren Weg mit Germaniumpulver vom p-Leitfähigkeitstyp in Berührung und verbindet sich zu Germaniumjodid, das ebenfalls von der Strömung mitgenommen wird. Dieser Dampfstrom wird dann pyrolytisch zersetzt, wobei sich p-Germanium auf den n-Germaniumscheibchen absetzt. Diese Ausscheidung erfolgt zwischen 410 und 460° C; infolgedessen können auch bei diesem Verfahren in den einzelnen Halbleiterscheibchen Temperaturbeanspruchungen und mechanische Spannungen auftreten, die sich nachteilig auf die elektrischen Eigenschaften der entstehenden p-n-Schicht auswirken. Außerdem erfordert das Verfahren eine gute Temperaturregelung, wenn Ausschuß vermieden werden soll.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterflächenelementen mit p-n-Schichten zu schaffen, bei dem auf einer Halbleiterfläche ein Halbleitermaterial inversen Leitungstyps aufgedampft wird und sich die Lage und Verunreinigungskonzentration der p-n-Schicht leicht und genau beeinflussen läßt, ohne daß die Elemente einer vorgeschriebenen Erwärmung unterzogen werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht nun darin, daß auf einer monokristallinen Halbleiteroberfläche durch Vakuumverdampfung der Dampf eines Halbleitermaterials in Mischung mit dem Dampf eines Donators oder Akzeptors in amorpher oder mikrokristalliner Form niedergeschlagen wird. Die p-n-Schicht bildet sich dabei an der Oberfläche des festen monokristallinen Halbleiters unmittelbar unter der aus der Dampfphase niedergeschlagenen Schicht. Diese Schicht kann in gewünschter Dicke erzeugt werden, da eine p-n-Schicht sich schon nach Niederschlag sehr dünner Überzüge, beispielsweise von Filmen ausgebildet, die weniger als einige Tausendstel Millimeter dick sind. Die aus der Dampfphase niedergeschlagene Halbleiterlegierung ist entweder eine amorphe oder eine mikrokristalline Schicht auf der Oberfläche des monokristallinen Halbleiterkörpers und zeigt ein dunkles, nicht reflektierendes Aussehen im Gegensatz zu den hellen und hochgradig reflektierenden Oberflächen von reinem Germanium und Silizium.
Licht- und thermoempfindliche Halbleiterelemente lassen sich aus den so hergestellten p-n-Schicht-Halbleitern dadurch gewinnen, daß man die eine Elektrode andenmonokristallinenHalbleiterkörper und die andere an den aus der Dampfphase niedergeschlagenen, Halbleiterbelag anschließt, so daß Strahlungsenergie diesen Belag durchdringen und auf die innere p-n-Schicht auftreffen kann. Aus diesem Grunde wird die niedergeschlagene Halbleiterschicht vorzugsweise sehr dünn gehalten und besitzt beispielsweise nur eine Dicke von einigen Tausendstel Millimetern.
Bei der Benutzung solcher p-n-Schicht-Halbleiter als Gleichrichter werden die Elektroden in beliebiger geeigneter Weise an den monokristallinen Halbleiterkörper und an den aufgedampften Überzug angeschlossen.
Zur Herstellung von Transistoren werden zwei Halbleiterschichten vom gleichen Leitfähigkeitstypus auf die Oberfläche eines festen Halbleiterkörpers vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstypus aufgedampft. Die Elektroden werden dann an die beiden durch Aufdampfen erzeugten Schichten und an den festen Halbleiterkörper angeschlossen.'
Fig. 1 ist eine perspektivische Seitenansicht einer zur Ausübung des Verfahrens verwendbaren Einrichtung ;
Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch einen gemäß der Erfindung hergestellten p-n-Schicht-Halbleiter dar;
Fig. 3 veranschaulicht einen Schnitt durch einen Gleichrichter gemäß der Erfindung;
Fig. 4 ist ein typisches Beispiel für die Stromspannungskurve eines Gleichrichters, beispielsweise des in Fig. 3 dargestellten Gleichrichters;
Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Photozelle und
Fig. 6 ein Schnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgeführten Transistor.
In Fig. 1, welche eine Einrichtung zur Erzeugung der erwähnten Niederschläge im Vakuum enthält, ist mit 10 eine Vakuumglocke zu sehen, die einen Vakuumstutzen 11 besitzt und einen Verdampfer 12 enthält, der zweckmäßig ein Quarz- oder Berylliumoxydgefäß 13 sein kann, das eine Heizwicklung 14 trägt, welche es erlaubt, den Gefäßinhalt auf jede gewünschte Temperatur zu erhitzen. Ein aus Drähten gefertigter Rahmen 15 kann eine Anzahl von kleinen Halbleiterscheiben 16 tragen, die auf einer Seite mit dem Halbleitermaterial, das sich im Verdampfer 12 befindet, bedampft werden sollen. Jede Scheibe 16 besitzt denselben Abstand vom Verdampfer 12 und liegt unter demselben Winkel zu dem den Verdampfer 12 verlassenden Dampfstrom.
Die Scheibe 16, welche im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, ist ein fester monokristalliner Halbleiterkörper von vorzugsweise rechteckiger Form und von verhältnismäßig kleinen Abmessungen. Die Seheibe 16 kann beispielsweise 1,25 cm lang, ebenso breit und etwa 0,05 cm dick sein. Die Scheibe 16 kann n- oder p-leitend sein und besteht vorzugsweise aus reinem Germanium oder Silizium mit entsprechenden Akzeptor- oder Donatorverunreinigungen, welche ihre gewünschten Leitungseigenschaften bestimmen. Die Scheibe 16 kann beispielsweise aus einem Halbleiterkörper herausgeschnitten werden, der durch Herausziehen eines sogenannten Kristallkeims aus
einer Schmelze des betreffenden Halbleitermaterials mit einer spurenhaften Donatorverunreinigung, z. B. von Antimon, Arsen oder Phosphor, gezüchtet worden ist. In diesem Falle ist die Scheibe 16 vom n-Typus. Die Scheibe 16 kann aber auch unter Verwendung einer Schmelze des Halbleitermaterials und einer spurenhaften Akzeptorverunreinigung, z. B. von Indium, Gallium oder Aluminium, gewonnen worden sein und ist dann vom p-Typus. Die Schmelze enthält normalerweise weniger als 0,05% der betreffenden ausschlaggebenden Verunreinigung, so daß die Scheibe 16 einen spezifischen Widerstand von mehr als 1 ß-cm erhält.
Die Oberfläche der Halbleiterscheibe 16, auf welche der Überzug aufgedampft werden soll, muß vollständig rein sein und ist zu diesem Zweck vorzugsweise glatt poliert und mittels eines geeigneten chemischen Ätzmittels abgeätzt. Eine Säuremischung, welche 1 Teil konzentrierter Flußsäure auf 4 Teile konzentrierter Salpetersäure enthält, ist für den genannten Zweck gut geeignet.
Das Material aus dem Verdampfer 12, welches als Überzug oder als Schicht 17 auf der geätzten Oberfläche der Halbleiterscheibe 16 niedergeschlagen wird, besteht aus einem Halbleitermaterial und aus einer ausschlaggebenden Verunreinigung, welche Stromträger von entgegengesetzter Polarität wie die überwiegend in der Scheibe 16 vorhandenen Stromträger hervorrufen kann. Wenn beispielsweise die Scheibe 16 aus p-Germanium besteht, so besteht die aufgedampfte Schicht 17 aus Germanium oder Silizium und einer Donatorverunreinigung, z. B. aus Antimon, aus Arsen oder aus Phosphor. Wenn die Halbleiterscheibe 16 aus η-Germanium besteht, so besteht die Schicht 17 aus Germanium oder Silizium und einer Akzeptorverunreinigung, z. B. aus Indium, Gallium oder Aluminium. Besteht die Scheibe aus p-Silizium, so besteht die Schicht 17 aus Germanium oder Silizium und aus einer Donatorverunreinigung, während schließlich, wenn die Scheibe 16 η-Silizium ist, die Schicht 17 aus Germanium oder Silizium und aus einer Akzeptorverunreinigung besteht.
Die Menge der in dem niederzuschlagenden Dampf enthaltenen ausschlaggebenden Donator- oder Akzeptorverunreinigung ist nicht kritisch. Selbst winzige Spuren dieser ausschlaggebenden Verunreinigungselemente reichen nämlich bereits zur Erzeugung von Überzügen oder Schichten 17, die ausgesprochenen p-Typus oder η-Typus aufweisen, aus. Es kommt nur auf die Art der betreffenden ausschlaggebenden Verunreinigung an. Wegen der hohen Flüchtigkeit gewisser ausschlaggebender Verunreinigungen, beispielsweise von Arsen, können diese Verunreinigungselemente nur getrennt von dem betreffenden Halbleitermaterial aufgedampft werden, und die Schicht 17 muß daher durch gleichzeitigen Niederschlag der gemischten Dämpfe erzeugt werden. Wie aus der Aufdampftechnik bekannt, ist es nicht nötig, daß das zu verdampfende Material in Form einer Legierung vorliegt, solange eine Mischung der Dämpfe des Halbleiters und der ausschlaggebenden Verunreinigung in der Vakuumkammer 10 hergestellt und ein Überzug durch gleichzeitiges Niederschlagen beider Dämpfe auf der Scheibe 16 erzeugt wird.
Die dem Dampf ausgesetzte Oberfläche der Scheibe 16 kann beispielsweise durch geeignete Schablonen abgedeckt werden, so daß die bedampfte Fläche eine bestimmte gewünschte Form annimmt. In Fig. 2 bedeckt die Schicht 17 eine zentrale Kreisfläche auf der Oberseite der Scheibe 16. Die Dicke der Schicht 17 wird durch die Zeit beeinflußt, während deren die Scheibe 16 dem Dampfstrom ausgesetzt wird. Nach Bildung eines Niederschlages der gewünschten Dicke wird das Heizelement 14 abgeschaltet und die überzogene Scheibe 18 abgekühlt und herausgenommen. Die Temperatur der Scheibe 16 während des Bedampfungsvorganges ist nicht kritisch, kann aber zweckmäßigerweise zwischen Zimmertemperatur und 750° C betragen. Wenn die Scheibe 16 sich in größerer
ίο Entfernung vom Verdampfer 12 als einige Zentimeter befindet, braucht ihre Temperatur nicht beeinflußt zu werden.
Die aufgedampfte Schicht 17 ist entweder amorph oder mikrokristallin und hat ein dunkles Aussehen.
Dies steht in ausgesprochenem Gegensatz zu der blanken, metallischen hochgradig reflektierenden Oberfläche von monokristallinen Halbleiterkörpern, wie sie für die Scheibe 16 benutzt werden. Die niedergeschlagene Schicht wird amorph, wenn sie bei tieferer Temperatur, beispielsweise bei weniger als 350° C, erzeugt wird, während sie, sofern der Niederschlag bei einer höheren Temperatur zustande kommt, mikrokristallin wird.
Die p-n-Schicht 20 des Halbleiters 18 entsteht auf der Oberfläche der Scheibe 16 unmittelbar unter der Auf dampf schicht 17. Wegen der Gleichmäßigkeit der aufgedampften Überzüge hat auch die p-n-Schicht 20 über ihre ganze Fläche gleichmäßige Eigenschaften. Dies gilt insbesondere, wenn die Scheibe 16 ein monokristalliner Halbleiterkörper ist, da die tatsächliche Sperrschicht an der p-n-Schicht nur eine Dicke von einigen tausendstel Millimetern besitzt und etwaige Kristallgrenzflächen die Gleichmäßigkeit der niedergeschlagenen Sperrschicht zerstören.
Nachdem der Halbleiter 18 aus der Vakuumkammer entfernt ist, wird er mit einem Lack 19 oder mit einem anderen Isoliermaterial, vorzugsweise längs der Kante der p-n-Schicht 20, bestrichen, d. h. dort, wo der Niederschlag 17 an die freie Oberfläche der Scheibe 16 angrenzt. Dadurch wird ein Kurzschluß der p-n-Schicht 20 durch irgendwelche elektrisch leitenden Teilchen, welche auf die Oberfläche des fertigen Halbleiterkörpers 18 auffallen, verhindert, und es wird ferner dadurch die p-n-Schicht gegen atmosphärische Einflüsse geschützt.
Die Eignung des fertigen Halbleiters 18 für den gewünschten Verwendungszweck hängt weitgehend von der ausschlaggebenden Verunreinigungskonzentration bzw. vom Gradienten dieser Konzentration quer zur p-n-Schicht 20 und unmittelbar anschließend an diese Schicht ab. Dieser Gradient ist von der Menge der die Stromträger hervorrufenden Verunreinigung eines bestimmten Polaritätstypus in der Halbleiterscheibe 16 im Verhältnis zu der Menge der die Stromträger vom umgekehrten Polaritätstypus hervorrufenden Verunreinigung in der Niederschlagsschicht 17 abhängig. Die Menge der ausschlaggebenden Verunreinigung in der Scheibe 16 kann durch das Verhältnis des in der Halbleiterschmelze enthaltenen Verunreinigungselementes zum im monokristallinen Halbleiterkörper enthaltenen Verunreinigungselement beeinflußt werden. Der Gehalt an der ausschlaggebenden Verunreinigung in der Niederschlagsschicht 17 läßt sich auch leicht durch das Verhältnis des Verunreinigungsdampfes zum Halbleiterdampf in dem Dampfstrom, der den Verdampfer 12 verläßt, beeinflussen. Ein p-n-Schicht-Halbleiterkörper wird unter Benutzung der obenerwähnten Einzelmaßnahmen folgendermaßen hergestellt. Eine monokristalline n-Germaniumscheibe mit einer Länge und Breite von etwa
I 0324Ü4
1,5 cm und einer Dicke von etwa 0,05 cm wird aus einem aus einer Schmelze gezüchteten Halbleiterkörper herausgeschnitten, wobei die Schmelze aus so gut wie reinem η-Germanium oder p-Germanium besteht, das einen spezifischen Widerstand von mehr als 1 ß-cm besitzt und eine Spur von, und zwar gewöhnlich viel weniger als l°/o Antimon enthält. Auch bei einer so geringen Menge von Antimon besitzt der gezüchtete Kristall ausgesprochenen η-Charakter. Die
maniumscheibe 16 von 15 Ω-cm spezifischem Widerstand und einer Fernicoplatte 24, die mit der Scheibe 16 unter Verwendung von Antimon verlötet war, und mit einer p-n-Schichtfläche von 1,25 Quadratzenti-5 meter flössen bei 1 Volt Spannung in der Durchlaßrichtung mehr als 80 Ampere, während in der Sperrrichtung bei 150 Volt weniger als 100 Milliampere flössen. Eine typische Stromspannungskurve für die Durchlaß- und die Sperrichtung, wie sie für derartige
richter entweder mit Wasser oder mit Luft gekühlt werden muß, um derartig hohe Ströme ohne eine unzulässige Temperaturerhöhung führen zu können.
In Fig. 5 ist eine Photozelle 26 mit einem p-n-Schicht-Halbleiter gemäß der Erfindung dargestellt. Die Photozelle 26 ist ebenso aufgebaut wie der Gleichrichter 22 mit der Ausnahme, daß die scheibenförmige Elektrode 25 durch eine ringförmige Elektrode 25'
größeren Flächen dieser n-Germaniumscheibe werden io Hochleistungsgleichrichter gilt, ist in Fig. 4 darglatt poliert und mit der obengenannten Säure- gestellt. Man erkennt, daß dieser Hochleistungsgleichmischung geätzt. Der Umfang der einen Seite der
Germaniumscheibe wird mit einer Schablone aus
einem dünnen Glimmerblatt abgedeckt, so daß nur der
mittlere kreisförmige Teil von etwa 1 cm Durchmesser 15
dem aus dem Verdampfer 12 stammenden Dampf ausgesetzt wird. Die abgedeckte Scheibe wird etwa 3 cm
oberhalb der öffnung des Verdampfers 12 angebracht.
Auf dem Boden des Gefäßes 13 befindet sich ein
Indiumstück von 5 mg Gewicht, und auf dieses Indium- 20 ersetzt ist. Durch den Ring hindurch kann somit Licht stück wird ein Körper von so gut wie reinem Ger- auf die aufgedampfte Schicht 17 und durch diese hinmanium von 500 mg Gewicht aufgelegt. Das Vakuum durch auf die p-n-Schicht 20 auffallen. Die Schicht 17 in der Kammer 10 wird auf weniger als 10~4 Ton wird daher vorteilhafterweise in Form eines sehr eingeregelt und das Element 14 mit beispielsweise dünnen Überzuges von nur wenigen μ Dicke, vorzugs-250 Watt geheizt, so daß die Temperatur des im Ver- 25 weise weniger als 10 μ Dicke hergestellt, um eine gute dämpfer 12 befindlichen Materials auf beispielsweise Transparenz für das auffallende Licht zu besitzen 11000C steigt. Nach etwa 2 Minuten erscheintauf der und noch dünn gegenüber dem Difiusionsabstand der Fläche der Scheibe 16 plötzlich eine aufgedampfte durch die Belichtung hervorgerufenen Stromträger zu Schicht. Der Aufdampfvorgang wird sodann für etwa sein. Ein größerer Teil des auffallenden Lichtes erzwei weitere Minuten fortgesetzt und dann die Heiz- 30 reicht somit die p-n-Schicht 20 durch einen sehr viel wicklung 14 abgeschaltet. Die Scheibe 16 wird dann dünneren Überzug hindurch, als wenn eine sehr viel abgekühlt und aus der Vakuumkammer 10 entnommen. dickere Schicht nach dem bisherigen Herstellungs-Sodann wird ein Lackstreifen 19 längs der Kante der verfahren durchstrahlt werden müßte. Die erfindungs-Schicht 17 angebracht. Die niedergeschlagene Schicht gemäßen dünnen aufgedampften Schichten 17 sind 17 wiegt etwa 1 mg und hat eine Dicke von etwa 35 auch für die kürzeren Wellenlängen von weißem Licht 2 Tausendstelmillimeter. besserdurchlässig, z.B. für Wellenlängen, die an das
In Fig. 3 ist ein Gleichrichter 22 mit einem p-n- Ultraviolettgebiet angrenzen, obwohl der Absorptions-Schicht-Halbleiterkörper 18 gemäß der Erfindung dar- koeffizient von Germanium und Silizium an sich hoch gestellt. Die Halbleiterscheibe 16 ist mittels eines ist. Die Photozelle 26 ist somit zur Anzeige von elektrisch leitenden Lotes 23 auf einer Metallplatte 24 40 Intensitätsschwankungen von sichtbarem Licht und befestigt, welche die eine Elektrode des Gleichrichters von ultraviolettem Licht verwendbar, während die darstellt. Die Platte 24 kann zweckmäßigerweise aus bisher bekannten p-n-Schicht-Photozellen aus Ger-Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen, das einen manium und Silizium nur Licht von ziemlich langer etwa gleich großen thermischen Ausdehnungs- Wellenlänge in der Nähe des und mit Einschluß des koeffizienten wie die Ge-Scheibe 16 besitzt. Wenn die 45 Infrarotgebietes anzeigen konnten. Scheibe 16 aus einem η-Halbleiter besteht, kann für In Fig. 6 ist ein Transistor 30 dargestellt. In diesem
das Lötmittel 23 ein neutrales Verunreinigungs- sind die Halbleiterschichten 17 α und 17 6 auf unmittelelement oder ein Donatorverunreinigungselement, bar einander gegenüberliegenden zentralen Teilen der z. B. Antimon, verwendet werden, jedoch nicht eine Halbleiterscheibe 16 angebracht. Die aufgedampften Akzeptorverunreinigung. Wenn umgekehrt die Scheibe 50 Schichten 17 α und 17 b sollen vorzugsweise die gleiche 16 ein p-Halbleiter ist, so kann das Lot 23 ein neu- Zusammensetzung besitzen und können durch Auftrales Verunreinigungselement oder ein Akzeptor, dampfen desselben Materials hergestellt werden. Zwei z.B. Indium, sein, jedoch nicht eine Donatorverun- Elektroden 25a und 25 6, die Emitterelektrode öder reinigung. Die Platte 24 kann mit der Scheibe 16 ent- Steuerelektrode und Kollektorelektrode oder Arbeitsweder vor oder nach dem Aufdampfen der Schicht 17 55 elektrode genannt werden und ähnlich beschaffen sind verbunden werden. Sodann wird ein zweites Leiter- wie die Elektrode 25, in Fig. 3, sind an die aufmetall, welches die andere Elektrode des Gleichrichters gedampften Schichten 17 a und 17 & angeschlossen. darstellt, in geeigneter Weise, z. B. durch Auf- Eine dritte Elektrode 24a, welche der Elektrode 24 in dampfen auf der bereits aufgedampften Schicht 17 Fig. 3 entspricht, ist am Umfang der Scheibe 16 beiangebracht. Diese zweite Elektrode 25 kann zweck- 60 spielsweise mittels eines leitenden Lotes 23 α befestigt, mäßig aus Gold, aus Kupfer oder aus Silber bestehen. Die Scheibe 16 kann aus einem η-Halbleiter oder aus Wenn die aufgedampfte Halbleiterschicht 17 vom p- einem p-Halbleiter bestehen. Wenn die Scheibe 16 aus Typus ist, kann die Elektrode 25. auch aus einem η-Germanium besteht, enthalten die Schichten 17 a Akzeptormaterial bestehen, z. B. aus Indium oder aus und 17 b Germanium mit einem Akzeptor, während, Aluminium, jedoch nicht aus einem Donatormaterial. 65 wenn die Scheibe 16 aus p-Germanium besteht, die Wenn umgekehrt die aufgedampfte Halbleiterschicht aufgedampften Schichten 17 α und 17 & aus Germanium
17 vom η-Typus ist, kann die Elektrode 15 aus einem
Donator, z. B. aus Antimon, bestehen, jedoch nicht aus
einem Akzeptor. Bei einem Gleichrichter, wie dem
mit einem Donator bestehen. Beim Transistor 30
existieren also zwischen dem η-Gebiet und dem p-Gebiet zwei p-n-Schichten 20 a und 206. Eine p-n-
Gleichrichter 22, mit einer monokristallinen n-Ger- 70 Schicht, z. B. die Schicht 20a, bildet die Steuer-
elektrode oder Steuerschicht des Transistors 30., während die andere p-n-Schicht 20 & die Arbeitselektrode oder Arbeitsschicht des Transistors darstellt. Bei der bekannten Arbeitsweise eines Transistors z. B. eines n-p-n-Transistors 30 oder eines p-n-p-Transistors 30 ruft eine kleine Änderung des Stromes zwischen der Arbeitselektrode 25 α und der Basiselektrode 24a (bei Vorspannung der Arbeitselektrode 25 a in der Durchlaßrichtung mit Bezug auf die Basiselektrode 24a) eine viel größere Stromänderung zwischen der Kollektorelektrode 25 b und der Basiselektrode 24 a hervor (bei Vorspannung der Kollektorelektrode 25 & gegenüber der Basiselektrode 24 a in der Sperrichtung).
Der p-n-Halbleiter braucht nicht einem bestimmten Erhitzungsvorgang unterworfen zu werden. Da die Halbleiterschicht 17 auf die Scheibe 16 aufgedampft wird, während sich diese weit unterhalb ihres Schmelzpunktes befindet, werden keine mechanischen Temperaturspannungen im Halbleiterkörper erzeugt. Die Gleichmäßigkeit der aufgedampften Schicht 17 ermöglicht die laufende Herstellung von gleichmäßigen, hochwertigen p-n-Schichten 20. Die Dicke der niedergeschlagenen Schicht läßt sich leicht sehr gering halten, was die Herstellung von hochwertigen photoempfindlichen und thermoempfindlichen Halbleitern erlaubt. Die p-n-Schicht selbst läßt sich auch leicht lokalisieren, da sie stets unmittelbar unterhalb der aufgedampften Schicht 17, d. h. zwischen der Schicht 17 und der Oberfläche der Schicht 16 entsteht. Ferner läßt sich die Konzentration und der Verunreinigungsgradient in unmittelbarer Nähe und quer zur p-n-Schicht leicht beeinflussen und bestimmt sich aus dem Prozentsatz der ausschlaggebenden Verunreinigung in der Halbleiterscheibe 16 und in den Dämpfen, aus denen die Schicht 17 niedergeschlagen wird.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterflächenelement«! mit p-n-Schichten, bei dem auf einer monokristallinen Halbleiterfläche ein Halbleitermaterial inversen Leitungstyps aufgedampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Halbleiteroberfläche durch Vakuumverdampfung der Dampf eines Halbleitermaterials in Mischung mit dem Dampf eines Donators oder Akzeptors in amorpher oder mikrokristalliner Form niedergeschlagen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der monokristalline Halbleiterkörper aus η-Germanium und der kondensierte Dampf aus einer Mischung von Germanium mit einem Akzeptor, z. B. Indium, Gallium, Aluminium oder Zink, besteht.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, zur Herstellung von p-n-Schicht-Halbleitern, dadurch gekennzeichnet, daß der monokristalline Halbleiterkörper aus p-Germanium und daß der kondensierte Dampf aus Germanium in Mischung nit einem Donator, z. B. Antimon, Phosphor unl Arsen, besteht.
4. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurcl gekennzeichnet, daß der Bildungsprozeß des Dampfniederschlags so lange fortgesetzt wird, bis eine sichtbare Schicht von weniger als 10 μ Dicke auf dem festen Halbleiterkörper erzeugt wird.
5. p-n-Schicht-Halbleiter nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen monokristallinen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstypus und durch eine aufgedampfte Halbleiterschicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstypus, wobei diese Schicht mit dem monokristallinen Halbleiterkörper fest zusammenhängt.
6. p-n-Schicht-Halbleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem monokristallinen n-Germaniumkörper und aus einer auf diesen Körper niedergeschlagenen Schicht von p-Germanium besteht, die mit der Oberfläche des monokristallinen Körpers fest zusammenhängt und aus einem Dampf erzeugt wird, der aus Germanium und einer Akzeptorverunreinigung für Germanium besteht.
7. p-n-Schicht-Halbleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem monokristallinen p-Germaniumkörper und aus einer auf diesem Körper niedergeschlagenen Schicht aus η-Germanium besteht, die mit der Oberfläche des monokristallinen Körpers fest zusammenhängt und aus einem Dampf hergestellt wird, der aus Germanium und einer Donatorverunreinigung für Germanium besteht.
8. p-n-Schicht-Halbleiter nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht weniger als 10 μ stark ist.
9. Halbleiter nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 3 mit einer p-n-Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem monokristallinen n- (bzw. p-) Germaniumkörper und zwei Schichten von p- (bzw. n-) Germanium besteht, die mit zwei verschiedenen Flächen des monokristallinen Körpers fest zusammenhängen und durch Niederschlagen eines Dampfes aus Germanium und einem Akzeptor (Donator) für Germanium hergestellt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen W 7362 VIIIc/21g, ρ 38599 VIII c/21 g, ρ 13513 VIII c/21 g, S 12433 VIIIc/21g;
deutsche Patentschrift Nr. 623 488; österreichische Patentschrift Nr. 155 712;
Zeitschrift »Der Radiomarkt«, Beilage der »Elektrotechnik«, Coburg, 9. 2. 1951, S. 15; »Das Elektron«, Bd. 5 (1951/52), S. 435;
Fach-Berichte (Naturforsch, u. Medizin in Deutschland), Bd. 15 (1948), S. 282.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
1© «09 557/329 6.58
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