DE1212215B - Halbleiterbauelement mit einem plattenfoermigen halbleiterkoerper mit pn-uebergangsflaechen - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem plattenfoermigen halbleiterkoerper mit pn-uebergangsflaechen

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DE1212215B DE19621212215 DE1212215A DE1212215B DE 1212215 B DE1212215 B DE 1212215B DE 19621212215 DE19621212215 DE 19621212215 DE 1212215 A DE1212215 A DE 1212215A DE 1212215 B DE1212215 B DE 1212215B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
G 35439 VIII c/21g
11. Juli 1962
10. März 1966
Die Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente mit einem plattenförmigen Halbleiterkörper, der eine erste Zone bestimmten Leitfähigkeitstyps enthält, die an eine zweite Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angrenzt und auf diese Weise eine pn-Übergangsfiäche bildet, die im wesentlichen in einer Ebene parallel zu den Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers liegt.
Es ist bekannt, daß bei Halbleiterbauelementen normalerweise auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine elektrostatische Ladung vorhanden ist. Bei Germaniumbauelementen scheint die Polarität dieser Oberflächenladung von der Art des umgebenden Gases abhängig zu sein, wobei elektronegative Gase, wie Ozon und Sauerstoff, eine negative Oberflächenladung auftreten lassen und elektropositive Gase, wie Wasserdampf, eine positive Oberflächenladung ergeben. Andererseits wurde bei Siliziumbauelementen gefunden, daß die Polarität der Oberfiächenladung normalerweise positiv und weniger abhängig von der Art des umgebenden Gases ist.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß das Vorhandensein einer solchen Oberflächenladung eine nachteilige Wirkung auf die Durchschlagspannung in Sperrichtung eines Halbleiterbauelements der bebezeichneten Art haben kann. Insbesondere kann die .Oberflächenladung die Durchschlagspannung eines Übergangs herabsetzen und einen elektrischen Durchbruch desselben an Bereichen der Oberfläche des Halbleiterkörpers auf Grund von Unregelmäßigkeiten der Oberflächenladung hervorrufen. Dieser zuletzt genannte Effekt kann eine Instabilität der Sperrcharakteristik des Übergangs und sogar einen irreversiblen Zusammenbruch der Sperrcharakteristik zur Folge haben, sobald einmal ein Durchbruch des Übergangs mit hoher Stromdichte in einem Oberflächenbereich stattgefunden hat. Dieser Effekt ist von besonderer Bedeutung bei steuerbaren Siliziumgleichrichtern, da ein derartiger Gleichrichter beim Zünden im Zweipolbetrieb, etwa auf Grund einer augenblicklichen Stoßspannung, in einen Zustand gerät, bei dem einer der pn-Übergänge des Gleichrichters in den Durchbruchbereich seiner Sperrcharakteristik gelangt und daher die Sperrdurchschlagspannung dieses Übergangs überschritten wird.
Beim Betrieb eines Halbleiterbauelements der bezeichneten Art, bei dem ein pn-übergang in Sperrrichtung unter Vorspannung gesetzt ist, ist in dem Halbleiterkörper eine sogenannte trägerlose Zone vorhanden, die sich auf jeder Seite des pn-Übergangs erstreckt und den Bereich des Halbleiterkörpers kennzeichnet, in dem beim Betrieb keine beweglichen
Halbleiterbauelement mit einem plattenförmigen Halbleiterkörper und mit einer pn-Übergangsfläche und Verfahren zum Herstellen
Anmelder:
The General Electric Company Limited, London
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65
Als Erfinder benannt:
Ralph David Knott,
North Greenford, Middlesex;
Eric Wadham, Bushey Heath, Hertfordshire
(Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Juli 1961 (25 243)
Ladungsträger (Löcher oder Elektronen) vorhanden sind. Da der Bereich der trägerlosen Schicht auf der η-leitenden Seite des Übergangs frei von Elektronen ist, ist in diesem Abschnitt eine restliche statische positive Raumladung, vorhanden, und ähnlich ist in der von Löchern freien p-leitenden Seite des Übergangs eine restliche negative Raumladung vorhanden. Die Ausdehnung der trägerlosen Schicht auf jeder Seite eines pn-Übergangs wird unter anderem dadurch bestimmt, daß in dem trägerlosen Bereich ein Ladungsgleichgewicht zwischen der positiven statischen Ladung auf der einen Seite des Übergangs und der negativen statischen Ladung auf der anderen Seite des Übergangs vorhanden sein muß. Die Raumladungsdichte in jedem Leitfähigkeitsbereich der trägerlosen Schicht hängt von der Nettoaktivatorkonzentration ab. Je niedriger dabei der Wert dieser Nettoaktivatorkonzentration in dem betreffenden Bereich ist, desto weiter wird sich die trägerlose Schicht bei einer gegebenen, an dem pn-übergang anliegenden Spannung in das Material erstrecken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement zu schaffen, bei welchem die ungünstige Wirkung der Oberflächenspannung auf die
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Sperr- oder Rückwärtsdurchschlagspannung beseitigt die erste Schicht durch eine Festzustandsdiffusions-
ist. Eine derartige Problemstellung ist bisher noch technik gebildet wird, so daß die Nettoaktivator-
nicht bekanntgeworden. konzentration in der ersten Schicht größer ist als in
Die Erfindung geht aus von einem Halbleiterbau- der zweiten Schicht und so gebildet ist, daß die pnelement mit einem plattenförmigen Halbleiterkörper 5 Übergangsfläche im wesentlichen in einer Ebene par- und mit mindestens einer pn-Übergangsfläche, die -- allel zu den Hauptflächen des Plättchens liegt, daß etwa parallel zu den Hauptoberflächen des Halb- ein Teil der ersten Schicht durch Ätzen des Plättleiterkörpers liegt. Diese Aufgabe wird erfindungs- chens mit einem Ätzmittel abgetragen wird, das die gemäß dadurch gelöst, daß die Nettoaktivatorkonzen- Schicht niedrigeren Widerstands mehr als die Schicht tration in der ersten Zone des Halbleiterkörpers, ίο höheren Widerstands angreift, um auf diese Weise deren Leitfähigkeitstyp die gleiche Polarität hat wie eine Schulter um den Umfang zu bilden, die im die vorhandene elektrostatische Oberflächenladung, wesentlichen in der genannten Ebene liegt, wobei das größer gewählt ist als in der anderen zweiten Zone verwendete Ätzmittel derart gewählt ist, daß die erste und daß die Seitenfläche des Halbleiterkörpers zu- Schicht nicht bis auf die zweite Schicht durchgeätzt mindest in dem Bereich, an dem die pn-Übergangs- 15 wird, im Gegensatz zu einem Bereich, der an die fläche an die Oberfläche tritt, derart abgeschrägt ist, Schulter anstößt.
daß um den gesamten Umfang des Halbleiterkörpers Gemäß einer besonderen Anwendung dieses Ver-
herum die Seitenfläche der geringer dotierten zweiten fahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements
Zone mit der pn-Übergangsfläche einen eingeschlosse- aus Silizium wird die erste Schicht p-leitend und die
nen Winkel von 170 bis 180° bildet. 20 zweite Schicht η-leitend hergestellt.
Es ist zwar bereits bekannt, die Seitenflächen von Die Erfindung ist im folgenden an Hand schema-
Halbleiterkörpern in bestimmter Weise abzuschrägen, tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei-
etwa um Kapazitätsvariationsdioden zu schaffen. spielen ergänzend beschrieben. In den Zeichnungen ist
Durch diese Maßnahme allein ergeben sich jedoch Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teiles
noch nicht die vorteilhaften Wirkungen wie bei der 25 eines Siliziumplättchens mit einem einzigen pn-Über-
Erfindung. gang, der in der Rückwärtsrichtung unter Vorspan-
Es ist auch bereits allgemein bekannt, bei npn- nung gesetzt ist, wobei die seitliche Oberfläche des
Transistoren eine Abschrägung der Seitenfläche vor- Plättchens senkrecht zu der Ebene des pn-Übergangs
zunehmen. Auch diese Maßnahme führt nicht zu der verläuft,
angestrebten Wirkung. 30 Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teiles
Die Erfindung umfaßt auch eine Reihe von Weiter- eines Siliziumplättchens, das dem in Fig. 1 darge-
bildungen und besonderen Ausführungsformen. Es ist stellten ähnlich ist, nur daß die seitliche Oberfläche
als Material für den Halbleiterkörper insbesondere des Plättchens abgeschrägt ist,
Silizium verwendet, und die geringer dotierte zweite F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Teiles
Zone ist n-leitend. 35 eines Siliziumplättchens, das den Siliziumkörper eines
Der Halbleiterkörper kann auch eine dritte Zone Siliziumgleichrichters bildet, der eine Ausführungsenthalten, die vom Leitfähigkeitstyp der höher dotier- form der vorliegenden Erfindung darstellt,
ten ersten Zone ist und an die niedriger dotierte F i g. 4 eine schematische Mittelschnittsansicht zweite Zone angrenzt und dadurch eine zweite pn- einer bei der Herstellung eines Siliziumgleichrichters Übergangsfläche bildet, wobei diese im wesentlichen 40 verwendeten Vorrichtung, wobei Bestandteile des eben ist und parallel zu den Hauptoberflächen des Gleichrichters in die Vorrichtung eingelegt gezeigt Halbleiterkörpers verläuft, und die Nettoaktivator- werden, und
konzentration der dritten Zone größer ist als die der Fig. 5 eine Mittelschnittansicht des fertiggestellten,
niedriger dotierten zweiten Zone, und die Seitenfläche Gleichrichters.
des Halbleiterkörpers ist so abgeschrägt, daß die Um- 45 Im folgenden werden die von der vorliegenden Er-
fangsfläche der niedriger dotierten zweiten Zone findung erzielten Ergebnisse unter Bezugnahme auf
einen eingeschlossenen Winkel zwischen 15 und 60° die F i g. 1 und 2 der Zeichnungen erklärt,
mit der Ebene der zweiten pn-Übergangsfläche bildet. Bei einem Siliziumplättchen 1 in Fig. 1 tritt ein
Zur Verwendung als gesteuerter Siliziumgleich- Durchschlag des pn-Übergangs 2 ein, wenn der maxirichter ist ein Halbleiterbauelement vorzugsweise so 50 male Wert des elektrischen Feldes E in der Raumaufgebaut, daß der Halbleiterkörper eine η-leitende ladungsschicht 3 einen bestimmten kritischen Wert vierte Zone umfaßt, die an die dritte Zone angrenzt erreicht, und die Durchschlagspannung des pn-Über- und dadurch eine dritte pn-Übergangsfläche bildet, gangs 2 ist abhängig von der Dicke der Raumladungsund daß die erste Zone als Anode, die vierte Zone schicht 3. Wenn sich demnach die Raumladungsais Kathode und die dritte Zone als Steuerelektrode 55 oder Entleerungsschicht 3 auf der η-Seite des Überverwendet ist. gangs 2 beträchtlich weiter als auf der p-Seite er-
Vorzugsweise beträgt der zwischen der Seitenfläche · streckt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Rück-
der zweiten Zone und der Ebene der ersten pn-Über- wärtsdurchschlagspannung des Übergangs 2 primär
gangsfläche eingeschlossene Winkel etwa 175°. von dem Teil 4 der Entleerungsschicht 3 auf der
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren 60 η-Seite des Übergangs 2 abhängig. Je kleiner diese
zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, wobei Mindestdicke ist, desto niedriger ist die Rückwärts-
dieses im wesentlichen darin zu sehen ist, daß ein durchschlagspannung. Wenn außerdem auf der Ober-
Halbleiterplättchen hergestellt wird, das eine erste, fläche des Plättchens 1 eine positive Ladung vorhanhöher dotierte Schicht aufweist, die sich von der den ist, wie es wiederum in F i g. 1 gezeigt wird, dann
einen Hauptfläche des Plättchens aus erstreckt und 65 wird die Oberflächenladung die positive Raumladung an eine zweite, niedriger dotierte Schicht des ent- des Teiles 4 der Entleerungsschicht 3 über einen Be-
gegengesetzten Leitfähigkeitstyps angrenzt und da- reich nahe der seitlichen Oberfläche S vergrößern, da
durch eine erste pn-Übergangsfläche bildet, wobei die seitliche Oberfläche 5 des Plättchens senkrecht
zur Ebene des pn-Übergangs 2 verläuft, und dadurch die Dicke des AbscMttes 4 an der Oberfläche 5 und infolgedessen die Rückwärtsdurchschlagspannung des Übergangs 2 herabsetzen.
Wie nun F i g. 2 der Zeichnungen zeigt, tritt der Durchschlag des pn-Übergangs 7 in dem darin gezeigten Siliziumplättchen 6 wieder dann ein, wenn der maximale Wert des elektrischen Feldes E in der Entleerungsschicht 8 einen bestimmten kritischen Wert erreicht. In diesem Fall ist die seitliche Oberfläche 9 des Plättchens 6 derart abgeschrägt, daß die seitliche Oberfläche des Abschnittes 10 der Entleerungsschicht 8 auf der η-Seite des Übergangs 7 einen eingeschlossenen Winkel zwischen 170 und 180° mit der Ebene des Übergangs 7 bildet. Da das elektrische Feld E in dem Bereich des Plättchens 6, der an die Oberfläche 9 anstößt, im wesentlichen parallel zur Oberfläche 9 verläuft, ist das FeIdE1 in diesem Bereich über einen sehr viel größeren Abstand verteilt als das FeIdE in dem Bereich fern von der Oberfläche 9, und- man wird begreifen, daß dieser das Feld ausdehnende Effekt dazu dient, den Maximalwert des elektrischen Feldes E in der Entleerungsschicht 8 zu verringern, und infolgedessen ebenfalls dazu dient, eine Verbesserung hinsichtlich der Rückwärtsdurchschlagspannung für den Übergang 7 zu erzielen. Darüber hinaus dient das so gestaltete Abschrägen der seitlichen Oberfläche 9 des Plättchens 6 dazu, das Auftreten eines Durchschlags des Übergangs 7 an örtlich festgelegten Bereichen an der Oberfläche 9 zu verhindern. Es ist selbstverständlich, daß, da die seitliche Oberfläche 9 so abgeschrägt ist, daß die seitliche Oberfläche des Teiles 10 einen stumpfen Winkel mit der Ebene des Übergangs 7 bildet, in dem Bereich des Teiles des Übergangs 7, der an die seitliche Oberfläche 9 anstößt, eine größere Menge positiver Raumladung auf der η-Seite des Übergangs und eine kleinere Menge negativer Raumladung auf der p-Seite des Übergangs 7 vorhanden sein wird. Auf diese Weise besteht der eine Effekt eines solchen Abschrägens der seitlichen Oberfläche 9 darin, zu bewirken, daß ein Teil der Grenze der Entleerungsschicht 8 in dem Bereich der seitlichen Oberfläche 9 auf der η-Seite des Übergangs 7 sogar noch weiter in Richtung auf den Übergang 7 gebogen wird und auf diese Weise danach strebt, die Rückwärtsdurchschlagspannung des Übergangs 7 zu verringern, und in geringerem Ausmaß zu bewirken, daß ein Teil der Grenze der Entleerangsschicht 8 in dem Bereich der seitlichen Oberfläche 9 auf der p-Seite des Übergangs 7 fortgebogen wird. Unter der Voraussetzung jedoch, daß der obengenannte stumpfe Winkel größer als 170° ist, wird eine Verbesserung hinsichtlich der Rückwärtsdurchschlagspannung des Übergangs 7 trotz dieses zuletzt genannten Effektes erzielt, da in diesem Fall der das Feld ausdehnende Effekt in dieser Hinsicht vorherrschend ist.
Ähnliche Überlegungen gelten für den Fall, in dem eine negative Ladung auf der Oberfläche des Plättchens eines Halbleiterbauelementes der bezeichneten Art vorhanden ist, bei dem sich die Entleerungsschicht auf der p-Seite des Übergangs weiter als auf der η-Seite erstreckt und die seitliche Oberfläche des Plättchens so abgeschrägt ist, daß die seitliche Oberfläche des Teiles der Entleerungsschicht auf der p-Seite des Übergangs einen eingeschlossenen Winkel zwischen 170 und 180° mit der Ebene des Übergangs bildet.
Eine Anordnung gemäß der Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4 und 5 der Zeichnungen beschrieben.
In dieser Anordnung enthält der Siliziumgleichrichter einen Siliziumkörper, in dem vier aufeinanderfolgende Schichten von abwechselnd p- und η-Leitfähigkeit ausgebildet und eine Anode mit der letzten p-Schicht, eine Kathode mit der letzten η-Schicht und eine Steuerelektrode oder Steuertor mit
ίο der dazwischenliegenden p-Schicht verbunden sind. Bei der Herstellung des Gleichrichters wird ein Siliziumplättchen, das den Siliziumkörper des fertigen Gleichrichters bilden soll, nach einem Verfahren hergestellt, das mit einer Scheibe aus η-Silizium von etwa 0,4 mm Dicke und mit einem Widerstand zwischen 25 und 40 Ohm ■ Zentimeter beginnt, wobei die Hauptflächen der Scheibe senkrecht zur kristallographischen 111-Richtung orientiert sind. Eine Schicht aus p-Silizium, die 0,07 mm dick ist und an die gesamte Oberfläche der Scheibe anstößt, wird in der Scheibe nach der herkömmlichen Festzustandsdiffusionstechnik hergestellt, bei der Gallium als Akzeptorenunreinheit verwendet wird, wobei die Konzentration des Galliums an der nach außen stehenden Fläche der p-Schicht in der Größenordnung von 4 · 1018 Atome je Kubikzentimeter liegt, was sehr viel größer ist als die Donatorenunreinheitskonzentration in dem η-Material, und von der Oberfläche dieser Schicht aus abnimmt. Das geforderte Siliziumplättchen wird dann durch Schneiden einer Scheibe von 14 mm Durchmesset aus der ersten Scheibe hergestellt, und die seitliche Kante der Scheibe wird danach abgeschrägt, wie es später beschrieben wird.
Wie F i g. 3 der Zeichnungen zeigt, besteht das Siliziumplättchen 11 aus einer mittleren n-Schicht 12 und zwei p-Schichten 13 und 14, die sich entsprechend von den Hauptflächen des Plättchens 11 erstrecken. Die beiden pn-Übergänge 15 und 16 sind eben und liegen parallel zu den Hauptflächen des Plättchens 11. Der Siliziumkörper des fertigen Gleichrichters enthält selbstverständlich einen dritten pnübergang, der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, der auf eine Weise gebildet wird, die später beschrieben wird. Die seitliche Oberfläche des Plättchens 11 wird durch zwei abgeschrägte Oberflächenteile 17 und 18 gebildet. Die Oberfläche 17 ist so abgeschrägt, daß der Teil der Oberfläche der n-Schicht 12, der an den Übergang 15 anstößt, einen eingeschlossenen Winkel von 20° mit der Ebene des Übergangs 15 bildet, während die Oberfläche 18 so abgeschrägt ist, daß der Teil der Oberfläche der n-Schicht 12, der an den pn-übergang 16 anstößt, einen eingeschlossenen Winkel von 175° mit der Ebene des Übergangs 16 bildet.
Die abgeschrägte Oberfläche 17 wird in einem Schleifprozeß hergestellt, in dem ein Stahlblock, der in den Figuren nicht gezeigt ist, verwendet wird, in dessen oberer Oberfläche eine Einsenkung in Form einer Kugelkalotte ausgebildet ist, deren Krümmungsradius etwa 2 cm beträgt. Ein Schleifbrei, bestehend aus Karborundumpulver und Wasser, wird über die Oberfläche der Einsenkung verteilt. Die Siliziumscheibe, die das Plättchen 11 bilden soll, wird in die Einsenkung gelegt, wobei der Umfang einer der Hauptflächen der Scheibe mit der Oberfläche der Einsenkung in Berührung steht; und die Scheibe wird dann rotiert, bis die gesamte seitliche Ober-
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fläche der Scheibe abgeschrägt ist, wobei die abge- zogenen Oberfläche der Wolframscheibe 26, und ein schrägte Oberfläche einen eingeschlossenen Winkel Stahlgewicht 28 ruht wiederum auf dem Vollkolben von 20° mit den Ebenen beider pn-Übergänge 15 21, wobei ein nach unten hervorstehender Abschnitt und 16 bildet. Als nächstes wird die abgeschrägte 29 des Stahlgewichts 28 in eine dazu passende AusOberfläche 18 durch einen weiteren Schleifprozeß 5 sparung 30, die in der oberen Oberfläche des Grahergestellt, bei dem ein weiterer Stahlblock verwen- phitkolbens 21 ausgebildet ist, eingepaßt ist.
det wird, in dessen oberer Oberfläche eine Ein- Die Zusammenstellung wird einem Wärmekreissenkung in Form einer Kugelkalotte mit einem lauf unterworfen, der ein Erwärmen der Zusammen-Kjümmungsradius von etwa 6,9 cm ausgebildet ist. stellung in einer inerten Atmosphäre auf eine Tem-Der obengenannte Schleifbrei wird wieder über die io peratur von 730° C einschließt und danach ein Oberfläche dieser Einsenkung verteilt. Die Silizium- Abkühlen der Zusammenstellung erlaubt. Während scheibe wird in die Einsenkung eingelegt, wobei der dieses Erwärmungskreislaufes legiert sich die AIu-Umfang ihrer kleineren Hauptfläche mit der Ober- minium-Silizium-Scheibe 23 mit einem Teil der fläche der Einsenkung in Berührung steht, und die p-Schicht 13 des Plättchens 11, und die so geformte Scheibe wird dann so lange rotiert, bis die gewünschte 15 Aluminium-Silizium-Legierung dient dazu, das Plättabgeschrägte Oberfläche 18 hergestellt ist. Wie in chen 11 an die Wolframscheibe 26 anzulöten, wo-Fig. 3 gezeigt wird, trifft die von dem zweiten durch ein ohmscher Kontakt niedrigen Widerstands Schleifprozeß hergestellte abgeschrägte Oberfläche für die p-Schicht 13 gebildet wird. Während des" 18 die abgeschrägte Oberfläche 17, die durch den Erwärmungskreislaufs legiert sich außerdem die ersten Schleifprozeß hergestellt wurde, an der seit- 20 Gold-Antimon-Scheibe 24 mit einem Teil der liehen Oberfläche der n-Schicht 12. p-Schicht 14 des Plättchens 11, und während der
Nach Beendigung des Abschrägungsprozesses wird Abkühlstufe des Erwärmungskreislaufs ist eine
das Plättchen 11 25 Sekunden lang in einem Mittel Schicht aus η-Silizium anstoßend an den unlegierten
geätzt, das aus 132 ecm Salpetersäure, 100 ecm FIu- Teil der p-Schicht 14 angeordnet und bildet dadurch
orwasserstoffsäure und 50 ecm Eisessig besteht. 25 den dritten pn-übergang des Silizium Gleichrichters.
Wie nun insbesondere F i g. 4 der Zeichnungen Das zusammengesetzte, das Plättchen 11 enthal-
zeigt, wird in der nächsten Stufe der Herstellung tende Gebilde wird aus der Vorrichtung heraus-
eines Gleichrichters auf Siliziumbasis eine Graphit- genommen und anschließend einem chemischen Rei-
vorrichtung verwendet, die aus einem Block 19, in nigungsprozeß unterworfen, gewaschen und getrock-
dessen oberer Oberfläche eine sich vertikal erstrek- 3° net.
kende, kreisförmige zylindrische Aussparung 20 aus- Wie nun insbesondere F i g. 5 der Zeichnungen gebildet ist, und aus einem Vollkolben 21 besteht, zeigt, ist ein Aluminiumdraht 31 von 0,38 mm der gleitend in die Aussparung 20 eingepaßt ist. Eine Durchmesser mit Hilfe einer Ultraschallschweiß-Scheibe 22 aus einem Keramikkörper auf Tonerde- technik an der p-Schicht 14 befestigt, und der Draht basis ist in die Aussparung 20 eingepaßt, wobei die 35 31 bildet dadurch einen ohmschen Kontakt niedrigen eine Hauptfläche auf dem Boden der Aussparung 20 Widerstands für die Schicht 14. Das an der Schicht aufliegt. Das Plättchen 11 wird chemisch gesäubert 14 befestigte Ende des Drahtes 31 ist in dem heraus- und danach in die Aussparung 20 gelegt, wobei die geschnittenen Abschnitt der Scheibe 24 angeordnet. p-Schicht 13 mit einer Scheibe 23 aus der eutek- Eine elektrische Verbindung für die neugebildete tischen Legierung von Aluminium und Silizium und 40 η-Schicht des Plättchens 11 wird in Form einer biegdie p-Schicht 14 mit einer Scheibe 24 aus Gold, das samen Kupferzuführung 32 vorgesehen, deren Enden zwischen 0,8 und 1 Gewichtsprozent Antimon ent- entsprechend mit zwei Kupferendringen 33 versehen hält, in Berührung liegen. Die Scheibe 23 hat einen sind, wobei einer der Endringe 33 an eine Molybdän-Durchmesser von 12,7 mm und eine Dicke von scheibe 34 angelötet ist, die wiederum an die Scheibe 0,038 mm, während die Scheibe 24 einen Durch- 45 24 angelötet ist.
messer von 10 mm und eine Dicke von 0,05 mm hat. Das gesamte, das Plättchen 11 einschließende Die Scheibe 24 ruht auf der oberen Oberfläche der Bauteil wird danach in eine hermetisch abgedichtete keramischen Scheibe 22 und ist in bezug auf die Umhüllung 35 eingebaut, die mit trockenem Stick-Vorrichtung genau angeordnet, indem ein Teil der stoff gefüllt ist, wobei die Umhüllung 35 aus einem Scheibe 24 in eine flache kreisförmige Aussparung 50 keramischen Rohr 36 besteht, dessen Enden ent-25 eingepaßt ist, die 0,025 mm tief in der Mitte der sprechend mit einer Stahlendkappe 37 und einem oberen Oberfläche der Scheibe 22 ausgebildet ist. kreisförmigen zylindrischen Kupferteil 38 abgedich-Die Scheibe 24 ist mit einem herausgeschnittenen tet sind. Das von dem Rohr 36 entfernt liegende Abschnitt, der nicht gezeigt ist, versehen, der an ihre Ende des zylindrischen Teils 38 ist mit einem nach Kante anstoßend ausgebildet ist, und zwar aus Grün- 55 außen hervorstehenden, um den Umfang herum den, die später angegeben werden. Die obere Haupt- liegenden Flansch 39 versehen, der an den Umfang fläche der Scheibe 23 wird mit einer Wolframscheibe einer Kupferscheibe 40 kalt angeschweißt ist. Ein 26, die gleitend in die Aussparung 20 eingepaßt und Kupferrohr 41 mit einer Mittelabtrennung 42 ist 0,75 mm dick ist, in Berührung gehalten. Die obere durch die Stahlendkappe 37 abgedichtet und der von Hauptfläche der Wolframscheibe ist mit einem Über- 60 dem Plättchen 11 entfernt liegende Endring 33 der zug 27 aus einer Gold-Nickel-Legierung, die aus Kupferzuführung 32 fest innerhalb des einen Endes 82,5 Gewichtsprozent Gold und 17,5 Gewichts- des Rohres 41 befestigt. Eine Metallöse 43 ist ebenprozent Nickel besteht, versehen, um das nächfol- falls durch die Grundplatte der Endkappe 37 abgegende Anlöten einer elektrischen Verbindung an die dichtet und ein kleines keramisches Rohr 44 durch Scheibe 26 zu erleichtern. Das Plättchen 11 und die 65 die Öse 43 abgedichtet. Der Aluminiumdraht 31 verScheiben 23, 24 und 26 sind so angeordnet, daß ihre läuft durch das keramische Rohr 44, wobei der Mittelpunkte alle auf der gleichen senkrechten Achse durch das Rohr 44 hindurchgehende Teil des Drahliegen. Der Graphitvollkolben 21 ruht auf der über- tes 31 innerhalb einer Stahlhülse 45 abgedichtet ist,
die wiederum innerhalb des Rohres 44 abgedichtet ist. Der Überzug 27 der Wolframscheibe 26 ist an die innere Hauptfläche der Kupferscheibe 40 und ein Kupferzapfen 46 an die äußere Hauptfläche der Scheibe 40 angelötet.
Selbstverständlich stellen in dem oben beschriebenen Siliziumgleichrichter der Kupferzapfen 46 eine elektrische Verbindung zu der Anode des Gleichrichters, das Rohr 41 und die Kupferzuleitung 32 eine elektrische Verbindung zu der Kathode des Gleichrichters und der Draht 31 eine elektrische Verbindung zu dem Stromtor des Gleichrichters dar.
Bei einem wie oben beschrieben hergestellten Gleichrichter ist eine positive elektrostatische Ladung automatisch auf der Oberfläche des Siliziumplättchens 11 vorhanden.
Es wurde gefunden, daß die VorwärtsdurchschTägspannung des oben beschriebenen Gleichrichters in Abwesenheit eines an das Stromtor des Gleichrichters angelegten Zündstroms beträchtlich größer ist als die eines ähnlichen Gleichrichters, in dem zumindest der Teil der seitlichen Oberfläche des Plättchens in dem Bereich des Übergangs, der dem Übergang 16 entspricht, senkrecht zu den Hauptflächen des Gleichrichters ist, wobei die Vorwärtsdurchschlagspannung in dem ersten Fall bei etwa 900 Volt und die Vorwärtsdurchschlagspannung in dem letzteren Fall bei etwa 500 Volt liegt.
Selbtsverständlich dient die abgeschrägte Oberfläche 17 in dem oben beschriebenen Gleichrichter dazu, eine Verbesserung hinsichtlich der gesamten Rückwärtsdurchschlagspannung des Gleichrichters zu erzielen, und eine solche Verbesserung wird erreicht unter der Voraussetzung, daß der eingeschlossene Winkel, den die Oberfläche der p-Schicht 12, die an den Übergang 15 anstößt, mit dem Übergang 15 bildet, im Bereich von 15 bis 60° liegt. Das Abschrägen der seitlichen Oberfläche eines Siliziumplättchens in der durch die abgeschrägte Oberfläche 17 veranschaulichten Art ist bereits vorgeschlagen worden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann das geforderte Abschrägen der seitlichen Oberfläche des Halbleiterplättchens eines Halbleiterbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ätzen anstatt durch Schleifen erzeugt werden. Auf diese Weise kann z. B. das Siliziumplättchen eines Siliziumgleichrichters mit pn-übergang gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt hergestellt werden. Die Herstellung dieses Siliziumplättchens beginnt mit einer Siliziumscheibe der η-Leitfähigkeit, die eine Schicht mit p-Leitfähigkeit aufweist, welche anstoßend an die gesamte Oberfläche der Scheibe ausgebildet ist, wobei diese Scheibe genau gleich der oben beschriebenen Scheibe ist, aus der die Scheibe, aus der dann das Plättchen 11 gebildet wurde, ausgeschnitten wurde. Der Teil der p-Schicht an einer Hauptfläche der Scheibe wird durch Schleifen entfernt, um einen einzigen ebenen pn-übergang an der Grenzfläche zwischen der p-Schicht und dem Rest der Siliziumscheibe übrig zu lassen, und danach wird eine Scheibe, die das Siliziumplättchen bilden soll, aus der ersten Scheibe ausgeschnitten.
Eine kreisförmige Wachsschicht wird in der Mitte auf der p-Hauptfläche der Scheibe angeordnet, so daß ein ringförmiger Abschnitt der p-Hauptfläche der Scheibe, der an den Umfang der Scheibe anstößt, frei bleibt. Das geforderte Siliziumplättchen wird dann hergestellt, indem die Scheibe 5 bis 9 Minuten lang in ein Ätzmittel eingetaucht wird, das aus 132 ecm Salpetersäure, 100 ecm Fluorwasserstoffsäure, 80 ecm Eisessig und 80 ecm Orthophosphorsäure besteht. Dies ist ein sogenanntes »langsamwirkendes« Ätzmittel und greift die p-Schicht niedrigen Widerstands mehr an als die η-Schicht hohen Widerstands. Auf diese Weise wird ein Teil der frei liegenden p-Schicht weggeätzt, wodurch eine um
ίο den Umfang herumliegende Schulter gebildet wird, wo sich die Ebene, in der der pn-übergang liegt, mit der Oberfläche der Scheibe schneidet. Da ein »langsames« Ätzmittel für diesen Ätzprozeß verwendet wird, ist die p-Schicht nicht bis auf die n-Schicht durchgeätzt, im Gegensatz zu einem Bereich, der an die Schulter anstößt. Die Form der Schulter ist derart, daß an der Schulter die neugebildete Oberfläche der p-Schicht einem Winkel von etwa 5° mit der Ebene des pn-Übergangs gegenüberliegt.
ao Nach der Beendigung dieses Ätzprozesses werden ohmsche Kontakte niedrigen Widerstands für die n- und p-Schichten der Scheibe in der üblichen Weise gebildet. Schließlich wird das das Siliziumplättchen enthaltende Gebilde auf die herkömmliche Weise in eine hermetisch abgedichtete Umhüllung eingekapselt.
In weiteren Bauelementen gemäß der Erfindung kann Germanium an Stelle von Silizium als Halbleitermaterial verwendet werden. Bei Germanium-Bauelementen, die nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden, kann entweder eine positive oder eine negative elektrostatische Ladung auf der Oberfläche des Germaniumplättchens hergestellt werden, z. B. indem das Plättchen in eine hermetisch abgedichtete Umhüllung eingekapselt wird, die mit einem entsprechenden Gas gefüllt ist.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem plattenförmigen Halbleiterkörper und mit einer pn-Ubergangsfläche, die etwa parallel zu den Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nettoaktivatorkonzentration in der ersten Zone, deren Leit-• fähigkeitstyp die gleiche Polarität hat wie die vorhandene elektrostatische Oberflächenladung, größer gewählt ist als in der anderen zweiten Zone und daß die Seitenfläche des Halbleiterkörpers zumindest in dem Bereich, an dem die pn-Ubergangsfläche an die Oberfläche tritt, derart abgeschrägt ist, daß um den gesamten Umfang des Halbleiterkörpers herum die Seitenfläche der geringer dotierten zweiten Zone mit der Ebene der pn-Übergangsfläche einen eingeschlossenen Winkel zwischen 170 und 180° bildet.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium besteht und daß die geringer dotierte zweite Zone η-leitend ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper eine dritte Zone enthält, die vom Leitfähigkeitstyp der höher dotierten ersten Zone ist und an die niedriger dotierte zweite Zone angrenzt und dadurch eine zweite pn-Übergangsfläche bildet, die im wesentlichen eben ist und parallel zu den Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers verläuft
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und die Nettoaktivatorkonzentration der dritten Zone größer als die der niedriger dotierten zweiten Zone ist, und daß die Seitenfläche des Halbleiterkörpers so abgeschrägt ist, daß die Seitenfläche der niedriger dotierten zweiten Zone einen eingeschlossenen Winkel zwischen 15 und 60° mit der Ebene der zweiten pn-Übergangsfläche bildet.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als ge- ίο steuerter Siliziumgleichrichter verwendet ist, daß der Halbleiterkörper eine η-leitende vierte Zone aufweist, die an .die dritte. Zone angrenzt und dadurch eine dritte pn-Ubergangsfläche bildet, und daß die erste Zone als Anode, die vierte Zone als Kathode und die dritte Zone als Steuerelektrode verwendet ist.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Seitenfläche der zweiten Zone und der ersten pn-Übergangsfläche eingeschlossene Winkel etwa 175° beträgt.
6. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterplättchen verwendet wird, das eine erste höher dotierte Schicht aufweist, die an eine niedriger dotierte zweite Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angrenzt und dadurch eine erste pn-Übergangsfläche bildet, daß die erste Schicht durch Diffusion gebildet wird, so daß die Nettoaktivatorkonzentration in der ersten Schicht größer ist als in der zweiten Schicht und so gebildet ist, daß die pn-Übergangsfläche im wesentlichen in einer Ebene parallel zu den Hauptflächen des Plätt-. .chens liegt, daß ein Teil der ersten Schicht durch c.' Ätzen. des Plättchens mit einem Ätzmittel abge-^ tragen "wird, das die Schicht niedrigeren Widerstands mehr als die Schicht höheren Widerstands angreift, um auf diese Weise eine Schulter um den Umfang zu bilden, die im wesentlichen in der genannten Ebene liegt, daß das verwendete Ätzmittel derart gewählt wird, daß die erste Schicht nicht, bis auf die zweite Schicht durchgeätzt wird, im Gegensatz zu einem Bereich, der an die Schulter angrenzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6 zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht p-leitend und die zweite Schicht η-leitend gemachtwird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1075 745,
886;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1839161;
USA.-Patentschrift Nr. 2951191;
französische Patentschrift Nr. 1228 285;
französische Zusatzpatentschrift Nr. 73 531 (Zusatz zur französischeH Patentschrift Nr. 1214127).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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