DE1081152B

DE1081152B - Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, insbesondere Halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE1081152B
Application number: DEL25641A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Werner Koch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-09-01
Filing date: 1956-09-01
Publication date: 1960-05-05

Description

Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, insbesondere Halbleitergleichrichter Die Erfindung betrifft elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen, insbesondere Halbleitergleichrichter.
Diese Halbleiteranordnungen weisen einen Halbleiterkörper auf, an welchem zwei oder mehrere Elektroden angebracht sind. Von diesen Elektroden soll mindestens eine einen möglichst sperrschichtfreien Kontakt mit dem Halbleiterkörper bilden. Bei den genannten Halbleiteranordnungen kann es sich beispielsweise um gesteuerte Halbleitergleichrichter oder um gesteuerte; insbesondere mittels einer Elektrode oder Lichteinstrahlung oder Einwirkung eines magnetischen Feldes gesteuerte Halbleitergleichrichter handeln.
Benutzt ein Halbleitergleichrichter einen Halbleiterkristall, der einen p-n-Übergang enthält, dann ist es erforderlich, sowohl den elektronenleitenden Teil als auch den defektelektronenleitenden Teil des Halbleiterkristalls mit je einer sperrschichtfreien Elektrode zu versehen. Die Herstellung vollständig sperrschichtfreier Kontakte bereitet aber erhebliche Schwierigkeiten.
Daher wurde schon versucht, den Halbleiterkristall mit Elektroden aus einem Metall zu kontaktieren, das hinsichtlich seiner Austrittsarbeit mit der des Halbleiterkristalls übereinstimmt. Jedoch ist bereits die Auswahl von Metallen mit einer geeigneten Austrittsarbeit häufig sehr schwierig und unter Umständen überhaupt nicht möglich. Die Kontaktmetalle sollen nämlich nicht nur eine zu dem Halbleiter passende Austrittsarbeit besitzen, sondern außerdem bezüglich der Kristallstruktur mit dem Halbleiterkristall angenähert übereinstimmen.
Selbst wenn es nun gelingt, ein Metall mit einer angenähert gleichen Kristallstruktur anzugeben, dann kann eine Übereinstimmung der Austrittsarbeit eines einzigen Metalls nicht mit beiden Teilen des Halbleiterkristalls, also mit dem elektronenleitenden sowie mit dem defektelektronenleitenden Teil, erreicht werden. Die Austrittsarbeit des Halbleiterkristalls hängt nämlich von der Art und Größe der Dotierung ab. Daher kann mit einem bestimmten Metall etwa Übereinstimmung mit dem elektronenleitenden Teil erzielt werden. Die Austrittsarbeit des defektelektronenleitenden Teiles unterscheidet sich dann aber von der Austrittsarbeit des Metalls um die Kontaktpotentialdifferenz von elektronen- und defektelektronenleitendem Teil des Halbleiterkristalls.
Für Selentrockengleichrichter ist bekannt, zwischen Trägerelektrode und Selenschicht eine Zwischenschicht aus Nickel zu verwenden. Jedoch weist der Übergang Selenschicht¯Trägerelektrode mit einer Zwischenschicht aus Nickel, das metallische Leitfähigkeit besitzt, keine Sperrschichtfreiheit auf, vielmehr zeigt die Kennlinie dieses Übergangs einen nichtlinearen Verlauf. _ Nach einem bekannten Verfahren soll zur sperrfreien Kontaktierung von Flächengleichrichtern oder Transistoren mit einem eine p-n-Schichtung aufweisenden Halbleiterkristall vor dem Aufbringen des Kontaktmetalls eine dünne aus der Grundsubstanz des Halbleiters bestehende Zwischenschicht auf die Kontaktfläche des Halbleiterkristalls- durch Bedampfung oder Kathodenzerstäubung aufgbracht werden. Der Widerstand der eine derartige Zwischenschicht aufweisenden Metallkontakte ist wegen der beim Aufdampfen bzw. Aufstäuben sich einstellenden gestörten Kristallstruktur der Zwischenschicht von Kontakt zu Kontakt nicht ausreichend einheitlich.
Weiterhin sind Schwierigkeiten der Auswahl eines geeigneten Metalls dadurch bedingt, daß die Oberflächenschicht des Halbleiterkristalls in ihrer Kristallstruktur gestört ist. Daher hängt die Austrittsarbeit *des Halbleiterkörpers von der im einzelnen vorliegenden Beschaffenheit der Oberflächenschicht ab. Sie stellt somit keinen festen Wert dar, und die Differenz der Austrittsarbeit von Halbleiterkörper und kontaktierendem Metall fällt von Kontakt zu Kontakt verschieden aus. Diese Unterschiede haben eine Streuung der Kennlinie der elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen zur Folge, welche die Verurendung der Halbleiteranordnungen erheblich beeinträchtigefi kann: Auch andere Vorschläge wie die Steigerung der Konzentration der Elektronen bzw_. Defektelektronen unmittelbar von der Metallelektrode ergeben keine befriedigende Lösungen, da der erforderliche steile Konzentrationsanstieg nicht ausreichend stabil ausfällt und dessen Steilheit außerdem die Neigung des Kontaktes zur Injektion von Ladungsträgern erhöht. Eine Erhöhung der Konzentration von -Elektronen bzw. Defektelektronen ist zudem durch die Grenze der Löslichkeit der jeweiligen Störstellensubstanz nur in beschränktem Ausmaß möglich.
Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen nach der Erfindung weisen diese Nachteile nicht auf und stellen auch in anderer Hinsicht eine günstige Ausbildung dieser Halbleiteranardnungen dar. Die Erfindung besteht darin, daß zwischen Elektrode und elektrodennächster Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers eine oder mehrere Zwischenschichten aus Thalliumbismutid, Indiumbismutid oder Thalliumantimonid äquiatomarer Zusammensetzung angeordnet sind. Diese für Zwischenschichten besonders vorteilhaften Stoffe weisen im Gegensatz zu anderen Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente keine Halbleitereigenschaften auf, denn bei ihnen sind Leitungsband und Valenzband nicht durch eine Bandlücke getrennt. In diesen Verbindungen liegen nun sowohl Elektronen als auch Defektelektronen in günstiger hoher Konzentration vor. Andererseits besitzten diese Stoffe gegenüber Metallen den Vorteil von solchen Stoffen, deren unterer Rand ihres Leitfähigkeitsbandes mit dem oberen Rand des Valenzbandes angenähert zusammenfällt.
Von besonderem Vorteil ist die Anordnung dieser Zwischenschichten zwischen einem Halbleiterkörper aus Aluminiumantimonid oder Indiumantimonid und seinen Elektroden. Die Kristallstruktur der Zwischenschicht ist dann mindestens angenähert gleich der des Halbleiterkörpers und gibt daher keinen Anlaß für Störungen der Kristallstruktur an der Grenze von Halbleiterkörper und Zwischenschicht. Besonders günstig ist die Verwendung von Zwischenschichten in kristalliner Form, und zwar insbesondere dann, wenn der Halbleiterkörper aus einem Einkristall besteht.
Zweckmäßig können nach der Erfindung auch Halbleiterkörper aus Germanium, Silizium, Germanium-Silizium-Legierungen, halbleitenden Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente oder halbleitenden intermetallischen Verbindungen über eine dieser Zwischenschichten mit Elektroden sperrschichtfrei verbunden sein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform wird erhalten, indem ein Halbleiterkörper, der aufeinanderfolgend eine elektronenleitende, eine eigenleitende und eine defektelektronenleitende Zone enthält, sowohl auf dem elektronenleitenden als auch auf dem defektelektronenleitenden Bereich des Halbleiterkristalls mit einer Zwischenschicht aus Thalliumbismutid äquiatomarer Zusammensetzung versehen wird. An die Zwischenschichten können dann die metallischen Elektroden, z. B. aus Wismut oder Thallium, angebracht werden.
Als günstig erweisen sich Anordnungen von Halbleiterkörpern, Zwischenschichten und Elektroden, bei denen der an die Zwischenschicht angrenzende elektrodennächste Teil der Halbleiteroberfläche eine gegenüber dem übrigen Halbleiterkörper gleichen Leitungstyps erhöhte Konzentration an Majoritätsladungsträgern aufweist. Die erhöhte Konzentration kann in bekannter Weise durch Eindiffusion oder/und Einlegieren erzeugt werden. Nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellte, elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen unterscheiden sich von bekannten Halbleiteranordnungen schon insoweit, als bei den elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen nach der Erfindung eine verhältnismäßig geringe Konzentrationserhöhung ausreichend ist, um einen günstigen Übergang zur Zwischenschicht zu ergeben. Damit können aber die Nachteile eines steilen Konzentrationsanstieges der Ladungsträger vermieden werden, ohne daß auf die Vorzüge einer Konzentrationserhöhung vor einer sperrschichtfreien Elektrode verzichtet werden müßte.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht in einer Anordnung aus einem eigenleitenden Halbleiterkörper, z. B. aus Indiumantimonid, und daran anschließend eine Zwischenschicht aus Thalliumantimonid, auf welche eine Metallschicht, z. B. aus Antimon oder einer Antimonlegierung, folgt. Wird als Halbleiterkörper ein Einkristall verwendet, dann kann zweckmäßig die Zwischenschicht ebenfalls in einkristalliner Form vorgesehen werden.
An Stelle einer einzigen Zwischenschicht zwischen elektrodennächstem Teil des Halbleiterkörpers und Elektrode ist für manche Zusammenstellungen von Halbleiter- und Elektrodenmaterial zweckmäßig, mehrere Zwischenschichten gleichen Gittertyps vorzusehen. Günstig kann hierbei eine solche Zwischenschichtfolge angeordnet werden, deren dem Halbleiterkörper nächste Zwischenschicht die geringste Abweichung in der Gitterkonstanten von der des einkristallinen Halbleiterkörpers aufweist, während für die nächstfolgenden von Schicht zu Schicht eine steigende Abweichung zulässig ist. Derartige Halbleiterkontakte zeigen untereinander eine weitgehende Übereinstimmung in ihren elektrischen Eigenschaften.
Ein Selen-Trockengleichrichter kann nach einem weiteren Beispiel der Erfindung dadurch in seinen elektrischen Eigenschaften verbessert werden, daß die Gegenelektrode aus Cadmium über eine Zwischenschicht aus Thalliumbismutid mit der cadmiumnächsten Halbleiterschicht aus Cadmiumselenid verbunden wird. Auf die Cadmiumselenidschicht folgt in bekannter Weise eine Selenschicht, eine Wismutselenidschicht und eine Aluminiumträgerelektrode.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, insbesondere Halbleitergleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Elektrode und elektrodennächster Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers eine oder mehrere Zwischenschichten aus Thalliumbismutid, Indiumbismutid oder Thalliumantimonid äquiatomarer Zusammensetzung angeordnet sind.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten aus einkristallinem Material bestehen.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten zwischen einem Halbleiterkörper aus Aluminiumantimonid oder Indiumantimonid und seinen Elektroden. angeordnet sind.
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, däß eine Zwischenschicht aus Thalliumbismutid zwischen einem Halbleiterkörper aus eigenleitendem oder elektronen- oder defektelektronenleitendemAluminiumantimonid und seinen Elektroden angeordnet ist.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Zwischenschichten zwischen einem Halbleiterkörper aus Germanium, Silizium, Germanium -Silizium-Legierung oder einer .halbleitenden Verbindung und seinen Elektroden angeordnet sind.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der an die. Zwischenschicht bzw. die Zwischenschichten angrenzende elektrodennächste Teil der Halbleiteroberfläche eine gegenüber dem übrigen Halbleiterkörper gleichen Leitungstyps erhöhte Konzentration an Majoritätsladungsträgern aufweist.