DE1216436B - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. σ.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1216 436

Aktenzeichen: N 20468 VIII c/21;

Antneldetag: - 22. August 1961

Aüslegetag: 12. Mai 1966

Halbleiterbauelement

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem als Basis dienenden Halbleitereinkristall, der eine Zone geringer Fremdstoffkonzentration, eine Zone hoher Fremdstoffkonzentration und dazwischen einen Übergangsbereich äußerst geringer Dicke aufweist, in dem die Fremdstoffkonzentration linear bis über 1Ö¹⁸ cm~³ anwächst, und mit einer auf diesen Einkristall aüflegierten rekristallisierten Schicht mit einer Fremdstoffkonzentration über 10¹⁸Cm-³ von gegenüber der Basiszone hoher Fremdstoffkonzentration entgegengesetztem Leitungstypj und bei welchem die Rekristallisationsschicht so auf die Oberfläche des Einkristalls auflegiert ist, daß die rekristallisierte Zone hoher Fremdstoffkonzentration zusammen mit dein Hälbleiterkristall sowohl einen p⁺-n⁺- Übergang als auch einen dazu elektrisch parallelliegenden p-n-=Übergang bildet.

Halbleiterbauelemente mit zwei aneiöändergrenzeriden Bereichen extrem hoher Dotierung sind als Tunneldioden bekannt. Bei einer Tunneldiode der genannten Art ist auf einer Basis durch Diffusion eine Oberflächenschicht extrem hoher Fremdstoffkonzentration erzeugt, in dieselbe ist eine Pille einlegiert, die durch die Oberflächenschicht in die Basisschicht hindurchreicht. Der für den Tunneleffekt verantwortliehe p-n-Übergang besitzt eine ringförmige Gestalt und hat demzufolge eine vergleichsweise große Fläche und eine hohe Kapazität.

Ferner wurde bereits zur Verminderung der Kapazität von Tunneldioden ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen, bei dem in den Basiskörper mit einer von der Oberfläche nach innen abnehmenden Fremdstoffkonzentration eine Legierungspille einlegiert ist, wo die Legierungszoüe bis in tiefere Schichten mit geringerem Fremdstoffgehalt reicht. Nach einem weitereri Vorschlag wird in eine hochdotierte Oberflächenschicht eines Basiskörpers eine Legierungspille einlegiert, die bis in den Basiskörper reicht.

Bei diesen bekannten bzw. vorgeschlagenen Halbleiterbauelementen sind in jedem Fall Oberflächenschichten hoher Dotierung erforderlich. Um die Kapazität des fertigen Bauelementes genau einstellen zu können, muß die Tiefe der Oberflächenschicht hoher Fremdstoffkonzentration sehr genau eingestellt werden, was Schwierigkeiten bereitet,

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Halbleiterbauelementes der genannten Art mit kleiner Kapazität, wobei sich der Kapazitätswert in reproduzierbarer Weise einstellen läßt.

Die Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, besteht darin, daß zur Verkleinerung der Kapazität die Rekristallisationsschicht dort, wo der Übergängs-Anmelder:

Nippon Electric Company Limited, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Bünke, Patentanwalt,

Stuttgart 1, Schloßstr, 73 B

Als Erfinder benannt:-

Teruö Hayashi,

Hisashi Watanabe, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 25. August 1960 (36 173)

bereich zwischen den beiden Basiszonen an die Oberfläche des Halbleitereinkristalls tritt,- derart einiegiert ist, daß der Bereich des p+-ii+-Übergangs kleiner ist als der Bereich des p-n-Übergangs, und daß ferner die Fremdstoffkonzentration der Basiszone niedriger Fremdstoffkonzentration so niedrig gewählt ist, daß die Kapazität des p⁺-n+-Überganges größer ist als die des p-n-Überganges.

Der Übergangsbereich der Basis reicht bis zur Oberfläche durch, so daß die Zonen verschiedener Fremdstoffkonzentration in der Basis nach einem üblichen geeigneten Verfahren hergestellt werden können. Man braucht dabei nicht die Eindringtiefe eines Diffusionsvorgangs zu überwachen. Als weiteren überraschenden Vorteil zeigt es sich, daß die p⁺-n⁺- sowie p-n-Übergänge nebeneinanderliegen, so daß der p+-n⁺-Übergang mit sehr geringer Flächenausdehnung hergestellt werden kann, ohne daß dadurch die Ausdehnung des p-n-Übergangs irgendwie eingeschränkt würde. Die Flächenausdehüung jedes Übergangs kann nach der Erfindung unabhängig eingestellt werden, so daß man die Kapazität und die Belastungsfähigkeit des Elementes in weiten Grenzen variieren kann_s

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 2 bis 5 veranschaulichen Herstellüngsschritte, wobei jeweils die mit ä bezeichneten Teile der Figuren eine Draufsicht Und die mit b bezeichneten Teile einen senkrechten Schnitt zeigen.

Ein Halbleiterkristall mit einer Zonel hoher Fremdstoffkonzentration und einer Zone 2 von demgegenüber sehr verschiedener, niedriger Fremdstoffkonzentration, die durch einen Übergangsbereich von

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variierendem Konzentrationsgrad und geringer Dicke miteinander verbunden sind, wird mit HiMe des Legierungsverfahrens, des Eintauchens eines Plättchens oder des Diffusionsverfahrens usw. hergestellt. Es wird ein den Tunneleffekt aufweisender p-n-Übergang 4 über dem Übergangsbereich 3 der Zonen 1,2 erzeugt, und die Fläche des p-n-Übergangs 4 wird mittels des bekannten Ätzverfahrens eingestellt. Danach werden die Elektroden 5 und 6 mit beiden Stirnflächen des Elements sperrfrei verbunden und die Anschlüsse 7 bzw. 8 angebracht.

Da die Kapazität des so hergestellten p-n-Ubergangs4 an der Zone 2 niedriger Fremdstoffkonzentration erheblich kleiner ist als die Kapazität dieses Übergangs an der Zonel hoher Fremdstoffkonzentration — das Verhältnis zwischen den Kapazitätswerten bei Germanium liegt z. B. in der Größenordnung von etwa 10~³ —, und da dieser Übergang somit im Vergleich zu dem den Tunneleffekt aufweisenden Übergang eine hohe Impedanz hat, ist es mit diesem Verfahren möglich, eine Tunneldiode herzustellen, bei der 'die Kapazität klein und die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stöße groß ist, wenn man die Flächen der an den beiden Zonen gebildeten p-n-Ubergänge möglichst klein macht und ein solches Verhältnis der Flächen der beiden Übergänge wählt, daß der den Tunneleffekt aufweisende Übergang möglichst viel kleiner ist.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen ein Beispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Germaniumdiode beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt ein von einem Kristall abgeschnittenes Plättchen, in dem eine rekristallisierte η-leitende Zone 1 mit einer Fremdstoffkonzentration von 3 · 10¹⁹ cm"³ vorhanden ist und in welchem die Fremdstoffkonzentration schrittweise variiert. Das Plättchen ist dadurch herzustellen, daß man ein kleines Stück Indium, das mit 5 % Arsen legiert ist, auf einen η-leitenden Germaniumeinkristall mit einei Fremdstoffkonzentration von 5 · 10¹³ cm~³ aufbringt.

Gemäß der Fig. 3 wird dann ein p-n-Übergang von 0,1 mm Durchmesser mit einer Fremdstoffkonzentration von 8 · 10¹⁹ cm~³ in dieser Zone dadurch erzeugt, daß man eine kleine Kugel aus mit 0,5% Gallium legiertem Indium so in die Oberseite des Plättchens einlegiert, daß sie die Zone 1 und die Zone 2 in einer Fläche c bzw. einer Fläche d beiderseits des Übergangsbereiches zwischen den beiden Zonen berührt, woraufhin man die Elektroden und Anschlüsse anbringt. Wenn man hierauf die unnötigen Teile durch elektrolytisches Polieren mit 15prozentiger Natronlauge entfernt und die Flächen der p-n-Ubergänge auf 5· 10 ~⁶ cm² verkleinert, wie es in der F i g. 4 gezeigt ist, erhält man ein Element, das dem in Fig. 1 gezeigten entspricht. Wenn bei diesem Element das Verhältnis zwischen der Fläche d und der Fläche c in der Größenordnung von 100 gewählt wird, beträgt die resultierende Kapazität der p-n-Verbindung etwa 1 μμΡ.

Die Fi g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kapazität etwa in der gleichen Größenordnung liegt, wie bei dem Element nach der F i g. 4; das Element nach der F i g. 4 ist jedoch vorzuziehen, da sein Basiswiderstand kleiner gemacht werden kann.

Ferner kann man im Fall von Fig. 4 p-leitendes Germanium für die Zone niedriger Fremdstoffkonzentration wählen, während dies bei der Ausführungsform nach Fi g. 5 nicht möglich ist.

Zwar wurde die Erfindung vorstehend bezüglich ihrer Anwendung bei Tunneldioden beschrieben, doch sei bemerkt, daß es bei Halbleiterbauelementen,

ίο die im Bereich sehr hoher Frequenzen betrieben werden sollen, erforderlich ist, Halbleiter mit hoher Fremdstoffkonzentration zu verwenden, um die Produkte aus den Kapazitäten und den Widerständen klein zu halten und die Kapazitäten auf kleine Werte zu begrenzen. Es ergibt sich daher, daß die Erfindung für Höchstfrequenzdioden verwendbar ist, sowie für Bauelemente mit p-n-Übergängen, wie sie bei parametrischen Verstärkern und Zenerdioden gebraucht werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem als Basis dienenden Halbleitereinkristall, der eine Zone geringer Fremdstoffkonzentration, eine Zone hoher Fremdstoffkonzentration und dazwischen einen Übergangsbereich äußerst geringer Dicke aufweist, in dem die Fremdstoffkonzentration linear bis über 10¹⁸ cm~³ anwächst, und mit einer auf diesen Einkristall auflegierten rekristallisierten Schicht mit einer Fremdstoffkonzentration über 10¹⁸cm~³ von gegenüber der Basiszone hoher Fremdstoffkonzentration entgegengesetztem Leitungstyp, und bei welchem die Rekristallisationsschicht so auf die Oberfläche des Einkristalls auflegiert ist, daß die rekristallisierte Zone hoher Fremdstoffkonzentration zusammen mit dem Halbleiterkristall sowohl einen p+-n+-Übergang als auch einen dazu elektrisch parallelliegenden p-n-Ubergang bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung der Kapazität die Rekristallisationsschicht dort, wo der Übergangsbereich zwischen den beiden Basiszonen an die Oberfläche des Halbleitereinkristalls tritt, derart einlegiert ist, daß der Bereich des p+-n⁺- Überganges kleiner ist als der Bereich des p-n-Überganges und daß ferner die Fremdstoffkonzentration der Basiszone niedriger Fremdstoffkonzentration so niedrig gewählt ist, daß die Kapazität des p+-n+-Überganges größer ist als die des p-n-Uberganges.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Basiszonen gleichen Leitungstyp aufweisen.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Basiszonen einander entgegengesetzte Leitungstypen aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 836 585;

»IRE Transactions on Electron Devices«, 1960, H. 1, S. 1 bis 9;

»ETZ-A«, Bd. 82, H.

4, S. 114 bis 116.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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