DE1185729B - Esaki diode with surface protection of the pn junction - Google Patents

Esaki diode with surface protection of the pn junction

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DE1185729B
DE1185729B DES72778A DES0072778A DE1185729B DE 1185729 B DE1185729 B DE 1185729B DE S72778 A DES72778 A DE S72778A DE S0072778 A DES0072778 A DE S0072778A DE 1185729 B DE1185729 B DE 1185729B
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    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/88Tunnel-effect diodes

Description

Esaki-Diode mit Oberflächenschutz des pn-Übergangs Vor einigen Jahren berichtete Esaki zum ersten Mal über einen neuen Effekt bei sehr steilen Germanium-pn-Übergängen (L. Esaki, Phys. Rev. 109, 1958, S. 603). Er konnte zeigen, daß diese pn-Übersänge in der Flußrichtung einen Bereich negativen Widerstandes aufweisen. Wenn sowohl das n- als auch das p-Gebiet so hoch dotiert sind, daß Entartung vorliegt, und wenn der Wechsel der Dotierung im Übergangsgebiet nahezu abrupt erfolgt, so daß die Feldstärke dort Werte von einigen 105 V/cm erreicht, können bei kleinen Flußspannungen Elektronen aus den untersten Niveaus des Leitungsbandes im n-Gebiet unmittelbar in die obersten Niveaus des Valenzbandes im p-Gebiet durchdringen (sogenannter »Tunneleffekt«). In neuerer Zeit sind Halbleiterdioden bekanntgeworden, die den von Esaki entdeckten Effekt in sehr steilen pn-Übergängen ausnutzen; sie werden daher als Esaki-Dioden bezeichnet. Esaki-Dioden und Verfahren zu ihrer Herstellung sind bereits vorgeschlagen worden.Esaki diode with surface protection of the pn junction A few years ago Esaki reported for the first time about a new effect at very steep germanium-pn-junctions (L. Esaki, Phys. Rev. 109, 1958, p. 603). He was able to show that this pn-oversong have a region of negative resistance in the direction of flow. If both the n and p regions are so highly doped that degeneracy is present, and if so the change in doping in the transition region takes place almost abruptly, so that the field strength where values of a few 105 V / cm are reached, electrons can be used at low flow voltages from the lowest levels of the conduction band in the n-area directly into the uppermost Penetrate levels of the valence band in the p-region (so-called "tunnel effect"). More recently, semiconductor diodes have become known that discovered the one from Esaki Use the effect in very steep pn junctions; they are therefore called Esaki diodes designated. Esaki diodes and methods of making them have been proposed been.

Weiterhin ist ein anderes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit zwei Zonen entgegengesetztenLeitfähigkeitstyps undeinempn-Übergangzwischen diesen beidenZonen sowie je einerElektrode an den beiden Zonen bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung wird an die beiden Elektroden eine so hohe Spannung angelegt, daß im Halbleiterkörper eine Lawine auftritt. Am mittleren Flächenteil des pn-Übergangs wird eine gegenüber dem äußeren Flächenteil hohe Konzentration der Fremdatome vorgesehen, so daß die Lawine sich anfänglich im mittleren Flächenteil ausbildet. Bei dieser Anordnung handelt es sich insbesondere um eine verbesserte, vier Zonen aufweisende Halbleiteranordnung, die verhältnismäßig unempfindlich gegen äußere Bedingungen ist.Furthermore, there is another semiconductor component with a semiconductor body with two zones of opposite conductivity type and a pn junction between them became known to both zones as well as an electrode on each of the two zones. At this Arrangement so high a voltage is applied to the two electrodes that in the semiconductor body an avalanche occurs. At the middle part of the surface of the pn-junction there is an opposite the outer surface part provided high concentration of foreign atoms, so that the Avalanche initially forms in the central part of the area. With this arrangement it is in particular an improved, four-zone semiconductor arrangement, which is relatively insensitive to external conditions.

Es hat sich gezeigt, daß der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende pn-Übergang einer Esaki-Diode üblicher Bauart besonders empfindlich ist. Infolge der hohen Feldstärke in derartigen pn-Übergängen lagern sich auch in vakuumdichten Gehäusen unverrfeidliche Gasreste auf dem pn-Übergang ab und verschlechtern die Kennlinie der Esaki-Diode.It has been shown that the to the surface of the semiconductor body bordering pn junction of an Esaki diode of conventional design is particularly sensitive. As a result of the high field strength in such pn junctions are also stored in vacuum-tight Enclose unavoidable gas residues on the pn junction and worsen the Characteristic curve of the Esaki diode.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Esaki-Diode mit Oberflächenschutz des pn-Übergangs. Der Schutz des pn-Übergangs wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen dem tunnelnden pn-Übergang zweier entartet dotierter Zonen und der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein nicht tunnelnder pn-Übergang zwischen einer entartet und einer nicht entartet dotierten Zone mit kleiner, z. B. möglichst kleiner, pn-Übergangsfläche angeordnet ist. Der nunmehr die Oberfläche des Halbleiterkörpers berührende nicht tunnelnde pn-Übergang ist infolge der wesentlich geringeren Feldstärke gegen äußere Einwirkungen nicht so empfindlich.The present invention relates to an Esaki diode with surface protection of the pn junction. The protection of the pn junction is achieved according to the invention by that between the tunneling pn junction of two degenerate doped zones and the Surface of the semiconductor body a non-tunneling pn junction between a degenerate and a non-degenerate doped zone with small, z. B. as small as possible, pn junction is arranged. The now the surface of the semiconductor body Contacting non-tunneling pn-junction is due to the significantly lower field strength not so sensitive to external influences.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an embodiment of the invention is shown.

Ein Halbleiterkörper 11, z. B. aus n-leitendem Galliumarsenid, wird in einem zugeschmolzenen Gefäß, z. B. eine Quarzampulle, bei einer Temperatur von 900° C für etwa 1 Stunde einer Zn-Atmosphäre ausgesetzt. Das Zn ist ein p-dotierender Stoff und diffundiert in das n-leitende GaAs ein. Auf Grund dieses Diffusionsvorgangs bildet sich ein nicht tunnelnder pn-Übergang 12.A semiconductor body 11, e.g. B. of n-type gallium arsenide, is in a sealed vessel, for. B. a quartz ampoule, exposed to a Zn atmosphere at a temperature of 900 ° C for about 1 hour. The Zn is a p-doping substance and diffuses into the n-conducting GaAs. As a result of this diffusion process, a non-tunneling pn junction 12 is formed.

Anschließend wird z. B. eine 5 Gewichtsprozent Zink enthaltende Zinnkugel 13 bei einer Temperatur von 600° C 1 Minute lang in den Halbleiterkörper 11 einlegiert. Dieser Legiervorgang bewirkt in dem n-leitenden Ausgangsmaterial 11 einen tunnelnden pn-Übergang 14. Die Zinnkugel wird so tief einlegiert, daß sie mit der Diffusionsschicht 15 einen sperrfreien Kontakt bildet. Die n-leitende Schicht erhält einen sperrfreien Kontakt 16. Im Anschluß daran wird der nicht tunnelnde pn-Übergang nachträglich durch Ätzen, beispielsweise in Königswasser, bis auf einen notwendigen Rest abgetragen. Die Abätzung darf nur so weit erfolgen, daß der tunnelnde pn-Übergang durch den nicht tunnelnden pn-Übergang gegen die Oberfläche des Halbleiterkörpers noch abgeschirmt ist.Then z. B. a tin ball 13 containing 5 percent by weight of zinc is alloyed into the semiconductor body 11 at a temperature of 600 ° C. for 1 minute. This alloying process causes a tunneling pn junction 14 in the n-conducting starting material 11. The tin ball is alloyed so deep that it forms a barrier-free contact with the diffusion layer 15. The n-conductive layer receives a non-blocking contact 16. Following this, the non-tunneling pn junction is subsequently removed by etching, for example in aqua regia, except for a necessary residue. The etching may only take place so far that the tunneling pn junction is still shielded from the surface of the semiconductor body by the non-tunneling pn junction.

Elemente aus der IV. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Silizium oder Germanium, oder Halbleiterverbindungen, z. B. AIrrBv_Verbindungen, wie Indium-Arsenid, Indium-Antimonid, Indium-Phosphid, Gallium Antimonid oder Gallium-Arsenid, sind besonders vorteilhaft für den Halbleiterkörper der Esaki-Diode gemäß der Erfindung zu verwenden.Elements from group IV of the Periodic Table, e.g. B. silicon or germanium, or semiconductor compounds, e.g. B. AIrrBv_Verbindungen, such as indium arsenide, Indium antimonide, indium phosphide, Gallium antimonide or gallium arsenide, are particularly advantageous for the semiconductor body of the Esaki diode according to the invention to use.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Esaki-Diode mit Oberflächenschutz des pn-Übergangs, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem tunnelnden pn-Übergang zweier entartet dotierter Zonen und der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein nicht tunnelnder pn-Übergang zwischen einer entartet und einer nicht entartet dotierten Zone mit möglichst kleiner pn-Übergangsfläche angeordnet ist. Claims: 1. Esaki diode with surface protection of the pn junction, characterized in that two degenerate between the tunneling pn junction doped zones and the surface of the semiconductor body a non-tunneling pn junction between a degenerate and a non-degenerate doped zone with as small as possible pn junction is arranged. 2. Esaki-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Halbleiterkörper entweder halbleitende Elemente der IV. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Silizium oder Germanium, oder halbleitende Verbindungen, z. B. die AIIIBv-Verbindungen Indium-Arsenid, Indium-Antimonid, Indium-Phosphid, Gallium-Antimonid oder Gallium-Arsenid, verwendet sind. 2. Esaki diode according to claim 1, characterized in that that either semiconducting elements of the fourth group of the periodic for the semiconductor body Systems, e.g. B. silicon or germanium, or semiconducting compounds, e.g. B. the AIIIBv compounds indium arsenide, indium antimonide, indium phosphide, gallium antimonide or gallium arsenide are used. 3. Verfahren zum Herstellen einer Esaki-Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenschicht einer Halbleiterzone eines Leitfähigkeitstyps durch Diffusion umdotiert wird und daß durch diese umdotierte Zone durch Einlegieren unterhalb der umdotierten Zone- eine über die Entartung dotierte Zone eines tunnelnden pn-Übergangs gebildet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1090 330; französische Patentschrift Nr. 1246 041.3. Method of making an Esaki diode according to claim 1 or 2, characterized in that a surface layer of a Semiconductor zone of a conductivity type is redoped by diffusion and that by this redoped zone by alloying below the redoped zone - one above the degeneracy of the doped zone of a tunneling pn junction is formed. Into consideration Extracted publications: German Auslegeschrift No. 1090 330; French patent specification No. 1246 041.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1090330B (en) * 1958-03-19 1960-10-06 Shockley Transistor Corp Semiconductor arrangement with a semiconductor body with two zones of opposite conductivity type and one electrode on each of the two zones
FR1246041A (en) * 1959-01-27 1960-11-10 Rca Corp Semiconductor device and method for its manufacture

Patent Citations (2)

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