DE1163459B - Doppel-Halbleiterdiode mit teilweise negativer Stromspannungskennlinie und Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: HOIl

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1163 459

Aktenzeichen: J 18584 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 17. August 1960

Auslegetag: 20. Februar 1964

Die Erfindung betrifft eine Doppel-Halbleiterdiode mit teilweise negativer Stromspannungskennlinie und mit mindestens einem Halbleiterkörper mit Zonen abwechselnd verschiedenen Leitungstyps sowie mehreren flächenhaften PN-Übergängen. Die Erfindung betrifft fernerhin ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Doppel-Halbleiterdiode.

Es ist bereits eine Halbleiterdiode für Schaltstromkreise mit einem Halbleiterkörper mit vier aufeinanderfolgenden Zonen, bei welcher benachbarte Halbleiterzonen entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen, bekanntgeworden. Ein derartiges Diodenschaltelement ist vor allem ein Zweipol, der nur zwei elektrische Anschlüsse an dem Halbleiterkörper benötigt. Die elektrische Verbindung ist bei der bekannten, aus Silizium oder Germanium bestehenden Vierzonendiode mit jeder der beiden halbleitenden Außenzonen hergestellt.

Die bekannte Vierzonen-Siliziumdiode weist innerhalb eines bestimmten Wechselstrombereiches eine niedrige Impedanz in der Größenordnung von 1 Ohm und innerhalb eines anderen Wechselstrombereiches eine hohe Impedanz in der Größenordnung von 10 Megohm auf.

Die bekannte Mehrschicht-Halbleiterdiode hat aber den Nachteil, daß der Umschaltpunkt von niedrigen Impedanzwerten auf hohe Impedanzwerte und umgekehrt bei der Herstellung sehr schwierig zu reproduzieren ist. Diese Schwierigkeiten zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.

Für eine Doppel-Halbleiterdiode mit teilweise negativer Stromspannungskennlinie und mit mindestens einem Halbleiterkörper mit Zonen abwechselnd verschiedenen Leitungstyps sowie mehreren flächenhaften PN-Übergängen besteht danach die Erfindung darin, daß parallel zu einem äußeren PN-Übergang einer Mehrschicht-Halbleiterdiode eine Esakidiode so geschaltet ist, daß Zonen gleichen Leitungstyps aber mit verschiedener Störstellenkonzentration (P⁺+, P bzw. N⁺+, N) miteinander elektrisch verbunden sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Parallelverbindung der Esakidiode mit der einen halbleitenden Außenzone und dazugehöriger halbleitender Nachbarzone der Mehrschicht-Halbleiterdiode durch bauliche Vereinigung der Esakidiode mit der Mehrschicht-Halbleiterdiode hergestellt. Bei dieser Ausführungsform bildet die Esakidiode einen Bestandteil des Halbleiterkörpers der Mehrschicht-Halbleiterdiode, deren Zweipolanschlüsse an den beiden äußeren Zonen der Mehrschicht-Halbleiterdiode liegen.

Doppel-Halbleiterdiode mit teilweise
negativer Stromspannungskennünie und
Verfahren zum Herstellen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. R. Schiering, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Bahnhofstr. 14

Als Erfinder benannt:

Solomon L. Miller, Poughkeepsie, N.Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. November 1959

(Nr. 853 484)

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen einer solchen Doppel-Halbleiterdiode besteht darin, daß die äußeren Bereiche der Außenzonen eines Dreizonenhalbleiterkörpers, dessen Halbleiterzonen aufeinanderfolgend vom verschiedenen Leitungstyp sind, mit in bezug auf den Leitungstyp gleichartigen Störstoffen in einer Gasatmosphäre, welche diese Störstoffe enthält, entartet hochdotiert werden, daß dann auf der einen äußeren Oberflächenseite, im Bedarfsfälle nach vorheriger Beseitigung der anderen entartet hochdotierten Oberflächenschicht, eine Legierungspille mit Störstoffen für die Bildung des entgegengesetzten Leitungstyps aufgeschmolzen wird, welche die entartet hochdotierte Halbleiterflächenschicht mechanisch durchdringt.

In der Nachbarschaft dieser Legierungspille wird nach einer Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine weitere Legierungspille mit Störstoffen für die Bildung des entgegengesetzten Leitungstyps auf die gleiche, bis zur Entartung hochdotierte Oberflächenschicht aufgeschmolzen, und zwar derart, daß diese weitere Legierungspille sich beim Schmelzvorgang über der Oberfläche ausbreitet, ohne jedoch die entartet hochdotierte Halbleiteroberflächenschicht zu durchstoßen.

409 509/308

Die Doppel-Halbleiterdiode nach der Erfindung Valenzband des P-Typ-Materials das Valenzband

hat als Impedanzeinheit einen relativ hohen Impe- des N-Typ-Materials überlappt; bei normaler Dotie-

danzwert in einem niederen Strombereich und einen rung tritt dagegen keine Bänderüberlappung auf. Es

relativ niedrigen Impedanzwert in einem relativ ist fernerhin auch notwendig, daß der Übergang

höheren Strombereich. Gegenüber der bekannten 5 zwischen P- und N-Zor.e sehr schmal ist, d. h.

Mehrschicht-Halbleiterdiode sind bei der Erfindung in der Größenordnung von 150 Angström und

die eingangs erwähnten Umkehrpunkte für den Über- weniger.

gang von einem in den anderen Bereich außer- Es ist vorteilhaft, wenn die obere Seite des Valenzordentlich konstant und bei der Herstellung in hohem bandes über dem Ferminiveau auf der P-Seite und Maße reproduzierbar. io wenn der untere Teil des Leitungsbandes unter dem

Die bei der Erfindung verwendete Esakidiode ist Ferminiveau auf der N-Seite liegt. Die Donator-

an sich bekannt (vgl. Leo Esaki, »New Pheno- und Akzeptorstoffe müssen in der Lage sein, in das

menon in Narrow Germanium p-n Junctions« in Grundmaterial mit ausreichender Konzentration zu

The Physical Review, Vol.109, Nr. 2 [15. Januar legieren, um das störleitende Halbleitermaterial zu

1958], S. 603 und 604). Bei der durch Esaki be- 15 entarten. Akzeptorstoffe, welche in Germanium in

kanntgewordenen Tunneldiode aus Germanium ausreichendem Maße einführbar sind, damit der

zeigen sich Kennlinien von sehr schmalen PN-Uber- Esakieffekt zustande kommt, sind Gallium, Alumi-

gängen, z. B. 150 A und weniger, zwischen hoch- nium, Bor und Indium. Entsprechend geeignete

dotierten Homogengebieten und mit einem Stör- Donatorstoffe für Germanium sind Arsen, Phosphor

Stellengehalt von etwa 10¹⁹ pro Kubikzentimeter mit 20 und Antimon.

einem stark anomalen Verhalten: Der Widerstand in In der in IRE-Wescon Conv., Rec. 3 (1959), S. 9

Sperrichtung ist kleiner als in Flußrichtung, und der bis 31, vorveröffentlichten Arbeit von J. A. Lesk,

Flußstrom nimmt nach anfänglichem Anstieg mit N. Holonyak jr., U. S. Davidsohn, und

wachsender Spannung ab, um erst nach Durch- M. W. Aarons, »Germanium and silicon tunnel

schreiten eines Minimums erneut anzuwachsen. 25 diodes-design, operation and application«, ist für die

Die bekannte Tunneldiode von Esaki, Esaki- Kennlinienbeeinflussung durch die Dotierung ein diode genannt, hat also bei kleinen Spannungen in Experiment beschrieben worden. Bei der dabei beDurchlaßrichtung im Gegensatz zu allen zuvor be- nutzten Anordnung diente Silizium als Halbleiterkannten Dioden einen Bereich negativen differen- material. Auf einem hochohmigen Plättchen, das zu tiellen Widerstandes, die Kennlinie zeigt für den 30 dem elektrischen Verhalten praktisch keinen Beitrag Durchlaßbereich einen höckerartigen Verlauf. Das liefert, ist ein N-leitendes Plättchen aufgebracht. Die Auftreten des Stromhöckers in Durchlaßrichtung N-Dotierung wurde durch Einduffusion von Störwird durch den quantenmechanischen Tunneleffekt atomen von der oberen Grenzfläche her erreicht, verursacht, durch den am PN-Übergang Elektronen Dadurch besitzt das N-Plättchen eine von oben nach ohne Änderung ihrer Energie vom Leitungsband des 35 unten hin abnehmende Dotierungskonzentration. Der N-Gebietes in das Valenzband des P-Gebietes und PN-Übergang befindet sich seitlich auf der rechten umgekehrt übergehen können. Die »Höckerspan- Hälfte, wo durch Auflegieren eine P-Zone erzeugt nung« liegt bei der von Esaki beschriebenen Diode wurde. Dieses bekannte Element erhielt dann eine in der Größenordnung von 0,05VoIt und die »Tal- Kontaktierung. Während der anschließenden Aufspannung« in der Größenordnung von 0,2VoIt. Im 40 nähme der Kennlinien wurde die Oberfläche von Gebiet des Stromhöckers der Kennlinie ist der Tem- oben her schrittweise abgeätzt, so daß die wirksame peratureinfluß außerordentlich gering. Innerhalb Dotierung der P-Seite infolge des abnehmenden eines Temperaturbereiches von etwa 10° bis zu Störstellenprofils immer kleiner wurde. So konnten mehreren hundert Grad Kelvin ist praktisch keine Lesk und seine Mitarbeiter an ihrem Bauelement Änderung der Höckerspannung zu verzeichnen. 45 durch schrittweises Verkleinern der Dotierungsdichte

Eine solche Esakidiode bzw. Tunneldiode ist erst der N-Seite durch schichtweises Abätzen alle Dioden-

dann gegeben, wenn die Dotierangsdichte in beiden kennlinien nachweisen: die Kennlinie der Tunel-

Zonen so stark erhöht ist, daß der Halbleiter »ent- diode bei sehr hoher Dotierung, die Kennlinie des

artet« wird, d. h., daß das als Energieparameter inversen Gleichrichters bei hoher Dotierung, die

wirkende Ferminiveau nicht mehr im verbotenen 50 Kennlinie der Zenerdiode bei mittlerer Dotierung und

Band, sondern im Leitungsband, bzw. im Valenz- die Kennlinie einer Diodemit Zenerdurchbruch. Die

band des Bändermodells liegt. bekannte Experimentiervorrichtung enthält jedoch

Im folgenden wird danach ein P-Typ-Halbleiter keine Parallelschaltung einer Tunneldiode zu einem als entartet dotiert bezeichnet, wenn das Ferminiveau äußeren PN-Übergang einer Mehrschicht-Halbleiterentweder innerhalb des Valenzbandes liegt oder wenn 55 diode, deren Halbleiterkörper mehrere Zonen abes von der Valenzbandkante der Energielücke um wechselnd verschiedenen Leitungstyps aufweist,
einen Energiebetrag abweicht, der nicht wesentlich Fernerhin ist bereits ein Halbleiterbauelement mit größer ist als K ■ T, wobei K die Boltzmann-Kon- mindestens einem PN-Übergang vorgeschlagen worstante und T die in Kelvin-Graden gemessene Tem- den, bei dem an einer PN-Übergangsfläche die eine peratur ist. In entsprechender Weise ist ein N-Typ- 60 erste Zone, z. B. N-Zone, in einem Teil entartet, im Halbleiter als entartet dotiert zu bezeichnen, wenn anderen Teil dagegen nichtentartet dotiert ist und das Ferminiveau entweder innerhalb des Leitfähig- bei dem die angrenzende andere zweite Zone, z. B. keitsbandes liegt oder wenn es von der Leitfähigkeits- P+-Zone, über die ganze PN-Übergangsfläche entbandkante der Energielücke um einen Energiebetrag artet dotiert ist, so daß der eine Teil der PN-Überabweicht, der nicht wesentlich größer ist als K-T. 65 gangsfläche die übliche sperrende Stromspannungs-

Damit eine Halbleiterdiode Esakidiodsneigen- charakteristik und der andere Teil der PN-Uber-

schaften haben kann, müssen P- und N-Typ-Halb- gangsftäche in Flußrichtung eine teilweise fallende

leitermaterialien derart beschaffen sein, daß das Stromspannungscharakteristik aufweist. Dieser ältere

Vorschlag enthält nicht die Parallelschaltung einer Bisher ist diese Diodeneigenschaft nur bei Silizium

Esakidiode zu einem äußeren PN-Übergang einer zu erreichen gewesen, weil Germaniumdioden keinen

Mehrschicht-Halbleiterdiode derart, daß Zonen Alphafaktor haben, der sich mit dem Stromfluß

gleichen Leitungstyps aber mit verschiedener Stör- ändert, so daß das Auftreten einer Spitze in der

Stellenkonzentration miteinander verbunden sind. 5 Spannung innerhalb des niederen Strombereiches

De Erfindung sei nachstehend an Hand der (Punkt 16e in Fig. 4) selten beobachtet wurde.

Zeichnungen für einige beispielsweise Ausführungs- Eines der wesentlichen Merkmale einer Esakidiode

formen näher erläutert. besteht darin, daß die Spitze 17 bei einem sehr

Fig. 1 enthält ein Schaltungsschema einer Doppel- stabilen Wert des Stromes auftritt. Dieser Spitzen-Halbleiterdiode gemäß der Erfindung; io wert ist stabil hinsichtlich Zeit und Temperatur zu-

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung einer ab- mindest über einen breiten Arbeitsbereich. Er ist

gewandelten Form der Doppel-Halbleiterdiode nach auch in hohem Maße reproduzierbar von einer Esaki-

der Erfindung; diode zur anderen. Wenn eine Esakidiode in der in

F i g. 3 zeigt Kennlinien für die einzelnen Teile der F i g. 1 gezeigten Weise angeschlossen ist, dann hat

Bauelemente nach den F i g. 1 und 2; 15 die nichtlineare Impedanz des Zweiklemmennetz-

F i g. 4 ist eine graphische Darstellung der Werkes zwischen den Anschlüssen 12 und 13 eine

Arbeitskennlinien für die Halbleiterbauelemente nach Kennlinie, wie sie bei 16 in Fig. 4 gezeigt ist.

den F i g. 1 und 2; Da die an die Klemmen des Netzwerkes gelegte

F i g. 5 bis 9 geben aufeinanderfolgende Stufen in Spannung von Null aus zunimmt (es wird an-

einem Verfahren zum Herstellen einer Doppel-Halb- 20 genommen, daß die Klemme 12 gegenüber der

leiterdiode nach F i g. 2 gemäß der Erfindung wieder. Klemme 13 positiv ist), sind der PN-Übergang 6 und

In Fig. 1 stellt 1 einen Vierzonen-Halbleiter- die Esakidiode 9 in der Durchlaßrichtung vorkörper dar, der die Zonenfolge PNPN aufweist und gespannt. Der PN-Übergang 6 wirkt wie ein ohmdessen Halbleiterzonen mit 2, 3, 4 und 5 bezeichnet scher Kontakt mit der Zone 3. Der NPN-Halbleiter sind. Die beiden Halbleiterzonen 2 und 3 von ent- 25 mit den Zonen 3, 4 und 5 schafft eine hohe Impegegengesetztem Leitungstyp sind durch einen danz, wobei der PN-Übergang 7 umgekehrt vorsperrenden Übergang 6 getrennt. Die beiden Halb- gespannt ist. Dieser Zustand setzt sich fort bis das leiterzonen 3 und 4 vom entgegengesetzten Leitungs- Durchbruchspotential des PN-Überganges 7 erreicht typ bilden zusammen den PN-Übergang Ί, und die ist. Der Esakistrom nimmt dann rasch zu und über-Halbleiterzonen 4 und 5 entgegengesetzten Leitungs- 30 schreitet den Spitzenstrom 17 der Esakidiode 9. Das typs schließen miteinander den PN-Übergang 8 ein. Potential über dem PN-Übergang 6 und der Diode 9

Parallel zu dem PN-Übergang 6 ist über die verlagert sich dann schnell auf einen Wert, wie er

Leitungen 10 und 11 eine Esakidiode 9 angeschlos- z. B. bei 18 in Fig. 3 gezeigt ist, wo die Summe der

sen. Die Leitung 10 liegt .an einer Klemme 12. Die Ströme durch die Diode 9 und durch den parallelen

Zone 5 ist mit der anderen Klemme 13 verbunden. 35 PN-Übergang gleich dem Strom durch den PN-

Der PN-Übergang6 der Anordnung nach Fig. 1 Übergang7 ist. Dieses Potential 18 ist hoch genug, hat eine Stromspannungskennlinie, wie sie in F i g. 3 so daß der PN-Übergang 6 dann wirksam wird, um dargestellt und dort mit 14 bezeichnet ist. Die Strom- Minoritätsträger in die Zone 3 zu injizieren. Dieser Spannungskennlinie der Esakidiode ist in F i g. 3 mit Minoritätsträgerstrom hat einen Wert, wie er durch 15 bezeichnet. 40 den Schnittpunkt der Kennlinie 14 mit der Die Fig. 4 zeigt bei 16 eine Stromspannungs- Abszisse 8 in Fig. 3 angezeigt ist. Der Esakidiodenkennlinie, wie man sie bei der bekannten Vierzonen- strom zu diesem Zeitpunkt ergibt sich aus dem PNPN-Siliziumdiode findet. Verbindet man eine Schnittpunkt der Kennlinie 15 mit der Abszisse 18. solche Diode in einer Schaltung mit einer Belastung, Es sei vielleicht bemerkt, daß der Minoritätsträgerderen Impedanz nach Kurve 19 verläuft, dann läßt 45 strom durch den PN-Übergang 6 beträchtlich größer sich die Diode in einem Zustand hoher Impedanz ist als der Esakidiodenstrom, welcher nicht aus im Schnittpunkt 16 a oder in einem Zustand niederer Minoritätsträgern besteht. Das wirksame Alpha der Impedanz im Schnittpunkt 16 b betreiben, was von Gesamtimpedanzeinheit wird größer als 1, und die dem zugeführten Strom abhängig ist. Es sei angenom- Wechselstromimpedanz der vollständigen Einheit, men, daß die Diode anfangs im Zustande hoher 50 einschließlich der Dioden 1 und 9, wird sehr niedrig. Impedanz, d. h. also im Punkt 16 a, arbeitet. Es wird daher in Übereinstimmung mit der Er-Wird ein Stromimpuls bestimmter Höhe zu- findung ein Zweiklemmenimpedanznetzwerk gegeführt, um die Widerstandsgerade von 19 nach 19 a schaffen, welches einen festen Wert der Impedanz zu verschieben, dann arbeitet die Schaltung nur hat, wenn der Strom unterhalb eines gewissen Bestabil, wenn der Zustand einer niederen Impedanz 55 reiches liegt, und einen verschiedenen niederen Wert für die Diode gegeben ist, was für den Punkt 16 c der Impedanz, wenn der Strom in einer verschiededer Fall ist. Wenn dann der Stromimpuls weg ist, nen höheren Wertestufe liegt, veschiebt sich der Arbeitspunkt nach 16 b, und die Die Gesamtpotentialstromkennlinie der Impedanz-Diode bleibt in ihrem niederen Impedanzzustand einheit nach F i g. 1 ist derjenigen ähnlich, welche in zurück. 60 F i g. 4 mit 16 bezeichnet ist. Das Maximalpotential Wird dann ein Stromimpuls mit einem bestimmten im unteren Strombereich entsprechend 16 e ist beBetrag zugeführt, um die Widerstandsgerade nach stimmt in dieser Impedanzeinheit durch das Durch-196 zu verschieben, dann kann die Schaltung nur im bruchspotential des PN-Überganges 7. Jedoch ist der Zustand hoher Impedanz der Diode bei 16 d arbei- Wert des Stromes, bei welchem sich die Einheit von ten. Bleibt dann der Schiebestromimpuls weg, dann 65 ihrem hohen Impedanzzustand nach ihrem unteren verschiebt sich der Arbeitspunkt nach 16 a zurück, Impedanzzustand schaltet, durch die Stromspitze 17 und die Diode bleibt im Zustand ihrer hohen der Esakidiodenkennlinie 15, welche in hohem Maße Impedanz. stabil und leicht reproduzierbar ist, bestimmt. So-

wohl vom Standpunkt der Stabilität als auch vom Standpunkt der Reproduzierbarkeit ergibt die Einheit nach F i g. 1 im Vergleich zum Stande der Technik der Siliziumdioden einen technischen Fortschritt. Es ist außerdem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung möglich, diesen Kennlinientyp stabil und reproduzierbar bei Dioden aus anderem Halbleitermaterial, einschließlich Germanium, sicherzustellen.

Ein ähnlicher Typ des Zweiklemmennetzwerkes kann aus einem Gesamthalbleiterkörper bestehen, wie bei 20 in F i g. 2 dargestellt ist. Dieser Halbleiterkörper enthält vier Zonen von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp. Diese sind in Fig. 2 mit 21, 22, 23 und 24 bezeichnet. Die sperrenden PN-Übergänge haben die Bezugszeichen 25, 26 und 27. Eine Esakidiode, welche die P⁺- Zone 28 und die N+-Zone 29 enthält, ist vollständig gestaltet mit dem Halbleiterkörper 20, so daß der PN-Übergang 30, welcher die Zonen 28 und 29 trennt, elektrisch in Parallelschaltung zu dem PN-Übergang 25 liegt.

Die Zone 21 ist über die Verbindung 31 an die Klemme 32 des Zweiklemmennetzwerkes angeschlossen. Die Zone 24 ist über die Drahtverbindung 33 mit der anderen Klemme 34 des Zweiklemmennetzwerkes verbunden.

In den F i g. 4 bis 9 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbarelementes, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, schematisch dargestellt.

Das Ausgangsmaterial ist ein NPN-Germaniumhalbleiterkörper, wie man ihn handelsüblich bei Transistoren findet. Dieser NPN-Halbleiterkörper hat in F i g. 5 das Bezugszeichen 35. Der Halbleiterkörper 35 besitzt die drei Zonen 36, 37 und 38 mit den PN-Übergängen 39 und 40. Natürlich kann auch ein PNP-Körper verwendet werden mit entsprechenden Änderungen in den anderen Materialien.

Der erste Verfahrensschritt besteht darin, in die Zonen 36 und 38 entartete Bereiche 36 a und 38 a zu diffundieren. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man den Halbleiterkörper 5 Stunden lang in einer Atmosphäre hält, in der sich Arsen befindet und deren Temperatur 850° C beträgt. Diese Diffusion wird gewöhnlich vorgenommen, wenn der NPN-Körper die Form eines breiten Blattes hat. Vorher wird er in kleine schmale Würfel zerschnitten, wie durch den Körper 35 dargestellt, so daß die N⁺-Bereiche nur in die beiden Zonen 36 und 38 eindiffundiert werden, nicht aber die P-Zone 37 oder die Seiten der Zonen 36 und 38 beeinflussen.

Der nächste Verfahrensschritt besteht in der Entfernung einer der beiden entarteten N+-Zonen, was z. B. durch mechanisches Abschleifen geschehen kann. In F i g. 7 ist der Halbleiterkörper mit der entfernten Zone 38 α gezeigt.

Nach einer anderen Ausführungsform kann die Zone 38 α auch beibehalten bleiben, um einen besseren ohmschen Kontakt zu schaffen. Nach einer anderen Alternative könnte dieser N+-Diffusionsverfahrensschritt durchgeführt werden, nachdem der Würfel gebildet ist. In diesem Falle könnten die Teile des Körpers, an denen keine Diffusion gewünscht wird, maskiert werden, so daß keine Beseitigung einer nicht gewünschten N⁺-Zone notwendig ist.

Der nächste Verfahrensschritt besteht in dem Einlegieren einer P-Zone 39 in die N⁺-Zone 36 α, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist. Dies kann dadurch geschehen, daß man eine Indiumpille 40 auf den oberen Teil des N+-Bereiches 36 a aufsetzt, und dann den Halbleiterkörper bei einer Temperatur von 550° C Minuten lang erhitzt. Wenn dies getan ist, wird das Indium in die Zone 36 a legieren und wird durch diese Zone durchstoßen. Dabei bildet sich ein PN-Übergang 41 mit der N-Zone 36.

Als nächster Verfahrensschritt wird eine kleine Pille aus Zinn und Gallium, in F i g. 9 mit 42 bezeichnet, auf die Zone 36 a nahe der Antimonpille 40 aufgesetzt. Der Halbleiter wird dann bis über den Schmelzpunkt der Zinn-Gallium-Legierung während einer hinreichend langen Zeit erhitzt, damit die benachbarte Halbleiteroberfläche benetzt wird. Diese Zeit ist gewöhnlich in der Größenordnung von wenigen Sekunden. Die Zinn-Gallium-Pille darf jedoch die Zone 36 α nicht durchlochen, so daß dort ein PN-Übergang 43 gebildet wird, welcher die Eigenschaften einer Esakidiode aufweist.

Nach einem besonderen Verfahren gemäß der Erfindung hatte die Indiumpille einen sphärischen Durchmesser von 0,13 mm und die Zinn-Gallium-Pille hatte einen sphärischen Durchmesser von 0,08 mm. Wenn die beiden Pillen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers getrennt sind, muß zwischen die beiden Pillen ein starker Leiter eingeschweißt werden, so daß beide im Gebrauch dasselbe Potential besitzen. Es ist jedoch vorzuziehen, um dasselbe Ergebnis sicherzustellen, wenn die Pillen miteinander Berührung haben oder sich vorzugsweise überlappen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Doppel-Halbleiterdiode mit teilweise negativer Stromspannungskennlinie und mit mindestens einem Halbleiterkörper mit Zonen abwechselnd verschiedenen Leitungstyps sowie mehreren flächenhaften PN-Übergängen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem äußeren PN-Übergang (6 bzw. 25) einer Mehrschicht-Halbleiterdiode (1 bzw. 20) eine Esakidiode (9 bzw. 28, 30, 29) so geschaltet ist, daß Zonen gleichen Leitungstyps, aber verschiedener Störstellenkonzentration (P⁺+, P bzw. N++, N) miteinander elektrisch verbunden sind.

2. Doppel-Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Esakidiode (9 bzw. 38, 30, 29) eine solche aus Germanium mit Akzeptoren aus Gallium, Bor oder Indium und mit Donatoren aus Arsen, Phosphor oder Antimon verwendet ist.

3. Doppel-Halbleiterdiode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrschicht-Halbleiterdiode (1 bzw. 20) eine Vierzonendiode mit der Zonenfolge PNPN und mit nur zwei Elektroden (12, 13 bzw. 31, 32 und 33, 34) an den beiden äußeren Zonen (2, 5 bzw. 21, 24) ist.

4. Doppel-Halbleiterdiode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Parallelschaltung die Esakidiode (28, 29, 30) mit der einen halbleitenden Außenzone (21) und der angrenzenden halbleitenden Nachbarzone (22) der Mehrschicht-Halbleiterdiode dadurch elektrisch verbunden sind, daß die Zonen gleichen Leitungstyps, aber mit verschiedener Störstellenkonzentration beider Dioden sich berühren.

5. Doppel-Halbleiterdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (38 ß) der anderen halbleitenden Außenzone (38) der Mehrschicht-Halbleiterdiode (35), an der die Elektrode angebracht ist, entartet dotiert ist.

6. Verfahren zum Herstellen der Doppel-Halbleiterdiode nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Bereiche der Außenzonen (36, 38) eines Dreizonenhalbleiterkörpers (35), dessen Halbleiterzonen aufeinanderfolgend von verschiedenem Leitungstyp sind, mit in bezug auf den Leitungstyp gleichartigen Störstoffen in einer Gasatmosphäre, welche diese Störstoffe enthält, entartet dotiert werden, daß dann auf der einen äußeren Oberflächenseite, im Bedarfsfalle nach vorheriger Beseitigung der anderen entartet dotierten Oberflächenschicht (38 a), eine Legierungspille (40) mit Störstoffen für die Bildung des entgegengesetzten Leitungstyps aufgeschmolzen wird,

welche die entartet dotierte Halbleiteroberflächenschicht (36 a) mechanisch durchdringen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nachbarschaft der Legierungspille (40) eine weitere Legierungspille (42) mit Störstofien für die Bildung des entgegengesetzten Leitungstyps auf die gleiche, entartet dotierte Oberflächenschicht (36 a) aufgeschmolzen wird, und zwar derart, daß diese weitere Legierungspille (42) sich beim Schmelzvorgang über der Oberfläche ausbreitet, ohne jedoch die entartet dotierte Halbleiterschicht (36 α) zu durchstoßen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

IRE Wescon Convention Record, 1959, Ή 3, S. 9 bis 31.

_ao In Betracht gezogene ältere Patente:

Deutsches Patent Nr. 1152763.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen