DE1052590B

DE1052590B - Verfahren zur Herstellung eines flaechenhaften Fotoelementes oder Fototransistors

Info

Publication number: DE1052590B
Application number: DEB27317A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Alfons Haehnlein; Dr Phil Helmut Salow
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1953-09-04
Filing date: 1953-09-04
Publication date: 1959-03-12

Description

Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Fotoelementes oder Fototransistors In der Technik spielen lichtempfindliche Anordnungen, die aus Halbleiterkörpern bestehen, eine immer größere Rolle, da sie eine sehr große Quantenausbeute besitzen und außerdem, wenigstens zum Teil, bis zu hohen Frequenzen steuerbar sind. Es sind Fototransistoren bekanntgeworden, die den lichtempfindlichen Bereich um die Kollektorspitze herum zur Steuerung des Transistors als fotoempfindlichen Emitter benutzen. Der wirksame Bereich ist hierbei sehr klein. Er beschränkt sich auf eine Kreisfläche um den Kollektor, deren Radius R nicht größer ist als die Diffusionslänge ip der Defektelektronen im n-Typ-Halbleiter bzw. nicht größer als die Diffusionslänge A" der Elektronen im p-Typ-Halbleiter. Nutzt man einen lichtempfindlichen pn-Übergang als Fototransistor aus, so gewinnt man zwar eine gewisse Vergrößerung des lichtempfindlichen Bereiches. Die oben definierte Kreisfläche wird zu einem Bereich von der Größe 2 R - L erweitert, wenn L die Länge derjenigen Linie bedeutet, längs der der pn-übergang verläuft. Trotzdem bleibt die gesamte empfindliche Fläche klein, da R nicht größer als die Diffusionslängen #p oder 2, werden kann. Das bedeutet einen Nachteil, wenn die zu registrierenden Lichtströme sich optisch nicht auf einen kleinen Bezirk vereinigen lassen oder eine Optik nicht verwendet werden kann.
Es sind bereits flächenhafte Fotoelemente bekannt, bei denen in einem n- (oder p-) leitenden Körper durch Bildung einer Legierung mit einem Metall von p- (oder n-) dotierender Wirkung ein flächenhafter hochsperrender pn-übergang gebildet ist. Es ist bei derartigen flächenhaften Fotoelementen üblich, die Metallhalbleiterlegierung nach Fertigstellung des pn-Überganges mit mechanischen oder chemischen Mitteln bis auf eine dünne, elektrisch leitende, lichtdurchlässige Schicht von einer der Diffusionslänge etwa gleichen Dicke zu entfernen. Derartige Halbleiterkörper werden im Betrieb von der Legierungsseite her mit Licht bestrahlt, während die Gegenseite jeweils einen metallischen sperrfreien Kontakt trägt.
Die Herstellung der oben beschriebenen bekannten flächenhaften Fotoelemente ist insofern verhältnismäßig schwierig, als die Bedingung eingehalten werden muß, daß ein gleichmäßiger pn-Übergang erzielt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung erfüllt diese Forderung in einfacher Weise. Erfindungsgemäß wird zur Herstellung des pn-überganges auf den Halbleiterkörper zunächst eine dünne metallische Schicht eines nicht dotierenden Metalls aufgetragen. Alsdann wird das die Dotierung bewirkende, die Legierung bildende Metall aufgebracht und ein homogenes Einwandern der Legierungsfront in den Halbleiterkörper bewirkt. Es ist bei Transistoren bereits bekannt, eine Zwischenschicht aus Gold zwischen Halbleiterkörper und Legierun,-smaterial aufzutragen, uni eine gute Benetzung der Halbleiteroberfläche mit Indium zu erzielen. - Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an dein in der Abbildung in schematischer Weise dargestellten Ausführunggsbeispiel näher erläutert. Es handelt sich um einen Schnitt durch ein Fotoelement nach der Erfindung. Das dargestellte Fotoelement besteht aus einem Halbleiterkörper 1 mit einem pn-Übergang 2. Das Fotoelernent ist nach dem Legierungsverfahren hergestellt und weist aus diesem Grunde einen auflegierten Teil 3 auf. Mit 4 ist ein sperrfreier und lichtdurchlässiger Metallkontakt bezeichnet. In Richtung der Pfeile 5 wird das Fotoclement mit Licht bestrahlt. 6 stellt das Anzeigeinstrument dar. Zwischen Halbleiterkörper 1 und Legierungsmetall 3 wird eine nicht dargestellte dünne Schicht eines nicht dotierenden Metalls, z. B. Gold, vorgesehen. Dadurch gewinnt man eine gleichmäßige Belegung des Halbleiters durch das Legierungsmetall, außerdem rückt die Legierungsfront gleichmäßig in den Halbleiter vor, was bei b dünnen Schichten von Bedeutung ist. Auf diese Art gelingt es, große flächenhafte Legierungsfronten parallel zu sich selbst vorschreiten zu lassen und sperrende Flächen von 1 cm2 und mehr zu erzielen. Die Kontaktnahme erfolgt in diesem Falle einmal an der Legierung, das andere Mal an einem sperrfreien Kontakt am Halbleiterkörper. Es empfiehlt sich dabei, den Metallkontakt als durchsichtige Metallschicht über den ganzen empfindlichen Bereich auszudehnen und so den hohen Ouerwiderstand der dünnen Halbleiterschicht zu umgehen. Der Metallkontakt kann auch als lichtdurchlässiges Metallgitter aufgebracht werden. Im Falle des diffundierten pn-Überganges findet die Kontaktnahrne am Halbleiterkörper sperrfrei und an der lichtempfindlichen Oberfläche der umgewandelten Halbleiterschicht statt. Hier ist ein lichtdurchlässiger Kontakt nötig.
In solcher Art aufgebaute Halbleiteranordnungen können als Fotoelemente oder auch als Fototransistoren arbeiten. Als Fotoelement werden die Kontakte direkt an ein Meßinstrument oder einen Verbraucher gelegt. Die Stromausbeute kann gesteigert werden, wenn der pn-Übergang in Sperrichtung durch eine Batterie vorgespannt wird. Die Anordnung arbeitet jetzt als Fototransistor. Als Halbleiterkörper sind vorzugsweise die Elemente Silizium und Germanium sowie halbleitende Verbindungen geeignet, die aus je einem Element der III. und V ' Gruppe des Periodischen Systems bestehen. Als Metalle zur Diffusions- oder zu# Legierungsbildung können vorzugsweise Indium, Gallium, Arsen, Antimon, Lithium, Aluminium verwendet werden.
Mehrere solcher flächenhaften Halbleiterkörper können zu Großflächenfotoclementen oder -transistoren zusammengesetzt werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird nach Fertigstellung des legierten pn-Überganges die Metallhalbleiterlegierung mit mechanischen oder chemischen Mitteln wieder entfernt. Es läßt sich z. B. immer eine Säure oder Base finden, die nur die Legierung und nicht den Halbleiter angreift. Zwischen pn-Übergang und der Oberfläche liegen dann nur noch die während des Abkühlungsprozesses auskristallisierten Halbleiterkristalle, die vorwiegend an dem die Legierungsfront berührenden Halbleiterkörper ansetzen. Diese Schicht ist im allgemeinen sehr dünn, ihre Dicke liegt in der verlangten Größenordnung. Überdies besteht die Möglichkeit, durch besondere Wahl der Temperatur- und Zeitverhältnisse bei der Herstellung des pn - überganges die Halbleiterkristalle klein zu machen. Zum Beispiel bewirkt eine niedrige Arbeitstemperatur für eine kurze Dauer des Legierungsprozesses sehr dünne auskristallisierteHalbleiterschichten. Die Belichtung dieser Halbleiteranordnung erfolgt jetzt von der legierten Seite her. Die Kontaktabnahme erfolgt am Halbleiterkörper durch einen sperrfreien Metallkontakt und an der auskristallisierten Halbleiterschicht, die im allgemeinen schon leitend durch einen lichtdurchlässigen metallischen Kontakt verstärkt werden kann.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Fotoelementes oder Fototransistors, bei dem in einem n- (oder p-) leitenden Körper durch Bildung einer Legierung mit einem Metall von p- (oder n-) dotierender Wirkung ein flächenhafter hochsperrender pn-Übergang gebildet ist, bei dem ferner die Metallhalbleiterlegierung nach Fertigstellung des pn-überganges mit mechanischen oder chemischen Mitteln bis auf eine dünne, elektrisch leitende, lichtdurchlässige Schicht von einer der Diffusionslänge etwa gleichen Dicke entfernt ist und bei dem der Halbleiterkörper von der Legierungsseite her mit Licht bestrahlt wird, während die Gegenseite einen metallischen sperrfreien Kontakt trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des pn-Überganges auf den Halbleiterkörper zunächst eine dünne metallische Schicht eines nicht dotierenden Metalls aufgetragen und dann das die Dotierung bewirkende, die Legierung bildende Metall aufgebracht und ein homogenes Einwandern der Legierungsfront in den Halbleiterkörper bewirkt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 606 624, 649 691; USA.-Patentschriften Nr. 2 622 117, 2 644 852, 2 650 258; Phys, Rev., 61 (1951), S. 838; 91 (1953), S. 193; Das Elektron, Bd. 5 (1951/52), S. 432; Proc. IRE, 40 (1952), S. 1342.