DE1232270B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Aoislegetag:

HOIl

Deutsche KI.: 21g -U/02

W 30365 VIIIc/21g

17. Juli 1961

12. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem einkristallinen Halbleiterkörper, der wenigstens einen pn-Übergang aufweist.

Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß in wenigstens einem Teil des Halbleiterkörpers eine solche elastische Spannung in einer kristallographischen Richtung mit Millerschen Indizes von —2 bis +2 erzeugt und dauernd aufrechterhalten wird, daß die Beweglichkeit der Ladungsträger wenigstens 15 % geändert wird.

Im Fall der Stoffe Silizium und Germanium wie auch bei einer Anzahl von Halbleitern aus intermetallischen Verbindungen hat die durch die Spannung eingeführte elastische Dehnung oder Stauchung, die im folgenden kurz als »Verspannung« bezeichnet wird, vorzugsweise eine Größe von wenigstens 5 · 10~⁴.

Der Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß die Beweglichkeit von Löchern und Elektronen in verschiedenen halbleitenden Stoffen um Beträge in der Größenordnung von 50°/₀ durch Verwendung solcher elastischer Spannungen gezielt vermehrt oder vermindert werden können. Diese Spannungen können dabei durch gerichtete Drücke hervorgerufen werden.

Diese Erscheinung ist nicht mit der bekannten, durch ungerichteten Druck erreichten Abhängigkeit der Breite der Energiezustandslücke im Halbleiterkristall zu verwechseln, ebenso auch nicht mit der zur FremdstofFdotierung äquivalenten bekannten Maßnähme durch gezielte plastische Verformung Störstellen, wie Versetzungen u. dgl., im Halbleiterkristall zu erzeugen, die als Donatoren oder Akzeptoren wirken sollen. Zum letzteren Punkt sei ausdrücklich bemerkt, daß beim Verfahren nach der Erfindung plastische Verformungen vermieden werden sollen.

Die Vorteile einer gezielt erhöhten oder erniedrigten Beweglichkeit der Ladungsträger in verschiedenen halbleitenden Stoffen und die dadurch ermöglichten Verbesserungen liegen auf der Hand. Tatsächlich kann jedes Halbleiterbauelement, dessen Eigenschaften in irgendeiner Weise von der Elektronen- oder Löcherbeweglichkeit abhängig sind, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert werden, wie nachstehend noch gezeigt werden wird.

Die Änderung der Löcher- oder Elektronenbeweglichkeiten mit verschiedenen gerichteten Spannungen kann durch Untersuchung der sie begleitenden Änderungen der Löcher- oder Elektronenverteilung in den Energieniveaus in den verschiedenen Richtungen im Halbleiterkristall erklärt werden. Dies ist als Tälertheorie bekannt.

Verfahren zum Herstellen eines
Halbleiterbauelements

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

William Gardner Kann, Far Hills, N. J.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Juli 1960 (43 494)

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

F i g. 1 ein dreidimensionales Diagramm der Energiezustände der Majoritätsträger in einem Halbleiterkristall,

F i g. 2 eine schematische Ansicht eines pn-Mesa-Transistors mit herstellungsbedingt in bestimmter Richtung aufgeprägter Spannung,

F i g. 3 ein detailliertes Schnittbild des Mesa-Transistors nach F i g. 2, welches die Richtung der Trägerströme und die damit verbundenen Beweglichkeiten zeigt,

Fig. 4A und 4B eine Aufsicht und Seitenansicht eines anderen npn-Transistors mit herstellungsbedingt in bestimmter Richtung aufgeprägter Spannung,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines pnp-Mesa-Transistors, der für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und

F i g. 6 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Varactordiode einer Bauart, die eine herstellungsbedingte, gerichtete Spannung vorsieht.

In F i g. 1 sind Ellipsoide 1, 2 und 3 dargestellt, die in den kristallographischen Achsen x, y und ζ eines η-leitenden Halbleiterkristalls, z. B. eines Siliziumeinkristalls, liegen. Die Ellipsoide stellen »Täler« dar, und die elliptische Form versinnbildlicht die Beweglichkeiten der Elektronen in diesem Energiezustand. In jedem Tal sind die Richtungen der Elektronenbeweglichkeiten parallel oder senkrecht zur Achse zugeteilt, wie in der Figur bzeichnet, und jede stellt

609 757/307

3 4

eine Größe dar, die die Form der Ellipsoids bestimmt. nähme an Beweglichkeit in der Richtung parallel zur

Die Geometrie eines Ellipsoids ist dadurch sicher- Verspannung beinahe 73%.

gestellt, daß die Beweglichkeit in jeder senkrechten Es ist bemerkenswert zu beachten, daß die Elek-

Richtung gleich sein muß und kleiner als die Beweg- tronenbeweglichkeiten senkrecht zur Richtung der

Iichkeit in paralleler Richtung. Im normalen oder 5 Verspannung maximal sind, wenn es sich um eine

unverspannten Gleichgewichtszustand sind alle sechs Druckspannung handelt, daß aber das Maximum

Täler, von denen nur drei gezeigt werden, gleichmäßig parallel zur ausgeübten Verspannung liegt, wenn es

mit Elektronen besetzt. Der Beitrag jedes Tales zur sich um eine Zugspannung handelt.

Beweglichkeit hängt von der Orientierung des Tales Die vorstehende Besprechung betrachtet die Ände-

in bezug auf das angelegte Feld ab. Die Durchschnitts- io rungen der Beweglichkeit in η-leitendem Silizium,

beweglichkeit für unverspannten Zustand μ_ανφ) ist, Andere Halbleiter zeigen die gleiche Erscheinung,

gemittelt über alle sechs Täler, isotrop und wird daher obgleich die Täler verschiedene Orientierung im

durch die Gleichung Kristall annehmen können. Bei η-leitendem Ger-

2 „ _i_ manium liegen vier Täler auf den <100>-Achsen. Die

μανφ) — —^~—— (1) 15 Beziehung zwischen μ_χ und μ_η ist bei Raumtemperatur

angenähert

wiedergegeben. μ_χ = 16 μ_α .

Für Silizium bei Raumtemperatur ist μ_χ m 5 μ_η,

daher μ_αΏφ) = 73% μ_χ. Die größte Anisotropie in der Richtungsbeweglich-

Wird eine mechanische Spannung in der Richtung ao keit besteht in diesem Kristall, wenn alle Elektronen

[100] eingeführt, so steigt die Energie des Tales 1, in einem Tal sind, eine Bedingung, die mittels Kom-

während die beiden anderen Täler 2 und 3 fallen pression längs der <111>-Richtung erhalten werden

unter Vernachlässigung der drei nicht gezeigten Täler, kann. Dann ist
die dieselbe Änderung wiedergeben. Als Ergebnis des

Energieunterschieds wird ein Anteil Δ an Elektronen μ(Δ\ (zu <111» = μ_Ά = -^- ,
zu den beiden niedrigen Tälern transportiert. Da

μ_χ > μ_α ist, ist die Richtung [100] in Tal 2 und 3, die μ(Δ)_χ (zu <111» = μ_χ.
eine senkrechte Beweglichkeitsrichtung ist, eine

»schnelle« Richtung im Gegensatz zu der parallelen Da μανφ) wieder durch Gleichung (1) gegeben ist,

Beweglichkeitsrichtung des Tales 1. Demzufolge wächst beträgt die Abnahme der Beweglichkeit parallel zu

die Durchschnittsbeweglichkeit μ_αυ (Δ) in der Richtung <111> bei einer Stauchung in <111>-Richtung über

<100> mit einer mechanischen Spannung längs der 90%, während der Zuwachs an Beweglichkeit senk-

<100>-Achse. Verbunden mit einem Zuwachs in der recht zur ausgeübten Verspannung annähernd 45%

Besetzung der Täler 2 und 3 und einer Abnahme beträgt.

in Tal 1 ist eine Verringerung der Beweglichkeiten Druck- oder Zugspannung längs <110> hebt zwei senkrecht zur Richtung <100>. Dies trifft zu, weil die Täler an und senkt die anderen beiden,
senkrechten Beweglichkeiten für eine <100>-Ver- Dann ist μ (A)_n (II zur Senkrechten der gemeinspannung am wirksamsten bei einer starken Besetzung samen {110}-Ebene der gesenkten Täler) = μ_χ.
in Tall sind. Wird eine ausreichende mechanische ,_Λ^ _n /-,nnw η cn ι η ίί λπ
Spannung längs der Richtung <100> eingeführt, so 40 ^μ(Α)^ ^{(i ZU <100>) = 0}^'' + °'³³^ ⁼ °'³⁷^·
verlassen praktisch alle Elektronen das Tal 1. Die Zugspannung längs <111> entleert das Tal der entBeweglichkeiten sind dann nach dem Wechsel des sprechenden Richtung. Dann ist
Besetzungszustandes ^ _{(zu <m>) =} ^_n^ _{+ 089}^ ^ ₀₉ ^_>

μ_αν(Δ) parallel zu <100> = μ_αν(β)_η = μ_χ, μ_χ (zu <111» = 0,45 μ_α + 0,55 μ_χ ag 0,58 μ_χ .

... , , ._,__. ... μ, + μ.. Man sieht somit, daß die Beweglichkeit von Ladungs-

μ_αν(Δ) senkrecht zu <100> = μ_αν(Δ)_χ = J^J^ _tfagem ^ _n._leitendeix Halbleitern, beispielsweise

Germanium und Silizium, Größenänderungen in

Da μανφ) si 0,73 ^₁ ist, ist der Zuwachs an Be- Abhängigkeit von verschiedenen Richtungsspannungen weglichkeit, der durch diesen Verspannungszustand 50 zeigt. Auf p-leitendem Silizium oder Germanium ist parallel zu (100) bewirkt wird, annähernd 37%. Die die Tälertheorie nicht direkt anwendbar; indessen Beweglichkeitsabnahme in senkrechter Richtung ist zeigen Messungen an, daß der Effekt des Piezowiderin diesem Fall nicht ganz so groß, aber doch kenn- stands dem bei η-leitendem Germanium entgegenzeichnend und beläuft sich auf annähernd 18 %. gesetzt ist, d. h., eine Zugspannung in p-leitendem Diese Wirkungen ergeben sich aus einer Zugspan- 55 Germanium oder p-leitendem Silizium entspricht nung parallel zur <100>-Richtung. Die Wirkungen einem Druck in η-leitendem Germanium, und die einer Druckspannung in dieser Richtung sind noch Richtungsabhängigkeit der Verspannung zur Erauffallender. Solch eine Verspannung transportiert zielung eines maximalen Zuwachses in der Löcherpraktisch alle Elektronen in das <100>-Tal. Die Be- beweglichkeit liegt ebenfalls in der <111>-Richtung. weglichkeiten sind dann extrem anisotrop und be- 60 Kennzeichnenderweise zeigen Halbleiter allgemein tragen in wechselndem Maß diese Eigenschaft einer Änderung μ_αν(Δ)_Η = ^i₁₁, der Beweglichkeit mit gerichteten Verspannungen. u (Δ) — u, Andere spezielle halbleitende Stoffe, an denen diese μαν _x μ_χ. Erscheinung beobachtet wurde, sind InSb, GaSb, Die Beweglichkeit senkrecht zur Verspannungs- 65 AgSbSe₂, AgSbTe₂, Cu₃AsS₄, Cu₃SbS₃, Cu₃AsS₃, richtung ist annähernd 37% größer als μ_ανφ)· Das Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, PbSe, Sb₂Se₃, Sb₂Te₃, CdS und ZnO. ist das gleiche wie der Beweglichkeitsunterschied, den Die oben beschriebene Erscheinung wird nutzbar μ_αυ(Δ\ unter Spannung zeigt; indessen ist die Ab- gemacht, indem man verschiedene Halbleiterbau-

elemente zusammenstellt, die pn-Übergänge mit eingeprägten Verspannungen enthalten, wie sie von den oben dargelegten Prinzipien gefordert werden, mit dem Ziel, daß die gewünschten Eigenschaften des Halbleiterbauelements begünstigt oder verbessert werden. Die nachstehenden Ausführungsformen sollen Halbleiterbauelemente beschreiben, die diese Prinzipien nutzbar machen.

Eine spezielle Ausführungsform unter Verwendung des Erfindungsprinzips wird an Hand des Baus eines npn-Transistors beschrieben. Das primäre Streben bei solchen Halbleiterbauelementen geht nach einem großen Produkt Verstärkung mal Bandbreite. Für einen gegebenen Halbleiter ist das Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt Gi? für einen npn-Transistor optimalen Entwurfs

GB = A

worin μ_η und μ_ν die Beweglichkeiten der Elektronen bzw. Löcher, K die Dielektrizitätskonstante und A gleichfalls eine Konstante bedeuten. Es ist zu beachten, daß μ_η der Laufzeit der Elektronen quer durch die Basiszone umgekehrt proportional ist. Der Wert von μ_α ist daher in erster Linie für die zur Ebene der Basiszone senkrechte Richtung bedeutsam. Auf der anderen Seite ist μ$ dem Widerstand der Basiszone für Stromfiuß in Richtung der Ebene der Basiszone umgekehrt proportional. Da nun die Leitung in der Basiszone hauptsächlich durch Löcher erfolgt und da ein geringer Widerstand in der Ebene der Basiszone erwünscht ist, sind große Werte für μ$ in der Richtung der Ebene der Basiszone wünschenswert. Durch geeignete Steuerung der absichtlich in die Basiszone eingeführten Verspannungen, können beide Wünsche erfüllt werden.

Die F i g. 2 zeigt eine nach diesem Ausführungsvorschlag gebaute Vorrichtung, die eine Art, die gewünschte Verspannung zu erhalten, illustriert. Ein npn-Mesa-Transistor hat eine Grundplatte 4 aus beispielsweise Molybdän oder Kovar. Auf der Grundplatte montiert und an einem Ende befestigt ist ein Germaniumplättchen 5, das eine bei 6 angedeutete mesaförmige Erhöhung trägt. Das Germaniumplättchen 5 ist an die Grundplatte mittels Lot 7 oder anderweitig befestigt. Am anderen Ende der Grundplatte 4 befindet sich ein vertikaler Vorsprung 8, gegen den sich das Germaniumplättchen derart abstützt, daß eine Biegung des Plättchens und eine daraus resultierende Druckspannung in der Mesa eintritt. Die Wirkungen einer Verspannung des Mesa-Transistors werden bei Betrachtung der F i g. 3 deutlicher, die eine vergrößerte Ansicht der Mesa nach F i g. 2 darstellt. Das H-förmige Germaniumplättchen 10, das den Kollektor bildet, trägt die p-leitende Basiszone 11 mit dem Basiskontakt 12 aus stark dotiertem p-leitendem Material und dem daran befestigten Emitter 13 aus η-leitendem Material. Der normale Trägerstrom in der Basiszone 11 wird durch Pfeile an jedem Kontakt gezeigt. Die Laufzeit der Elektronen durch die Basiszone, durch Pfeile vom Emitter 13 angedeutet, wird durch die Beweglichkeit der Elektronen in senkrechter Richtung zur Ebene der Basiszone bestimmt, während der Löcherstrom vom Basiskontakt durch die Löcherbeweglichkeit bestimmt wird, die, wie durch Pfeile angedeutet, in Richtung der Ebene der Basiszone liegt. Da, wie oben dargelegt, eine in Längsrichtung liegende Druckspannung in der Basiszone, eine geeignete Kristallorientierung vorausgesetzt, sowohl einen Zuwachs von μ_ν in Richtung der Ebene der Basiszone als auch einen Zuwachs von μ_η senkrecht zur Ebene der Basiszone ergibt, wird das Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt bemerkenswert erhöht. Mit anderen Worten, eine Verspannung in der Basiszone in einer kristallographischen [lll]-Richtung, wie es gezeigt ist, bewirkt einen Beweglichkeitszuwachs

ίο der Elektronen quer durch die Zone, während gleichzeitig eine Zunahme der Löcherbeweglichkeit in dieser [lll]-Richtung hervorgerufen wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die Verspannung eine Kompression in [lll]-Richtung. In Anbetracht des vorher dargelegten Zuwachses der maximalen Beweglichkeit für diese gerichtete Verspannung, ist der Beweglichkeitszuwachs im η-leitenden Material, angrenzend an den Emitter, angenähert 45°/₀. Dieser Wert beruht, wie oben angegeben, auf einer Verspannung, welche ausreicht, alle Elektronen in das auf der [lll]-Achse gelegene Tal zu transportieren. Die tatsächliche, für diese Materialien bevorzugte Spannungsgröße ist etwa 90 °/₀ des Maximums, teilweise wegen der Bruchgrenze des Materials, aber auch wegen der Tatsache, daß der Effekt von einer asymptotischen Kurve wiedergegeben wird, die die letzten 10°/₀ verhältnismäßig bedeutungslos macht. Dementsprechend muß der Prozentsatz der Beweglichkeitszunahme auf 0,9-45% = 41 % revidiert werden. Der Zuwachs in der Löcherbeweglichkeit infolge von Druckspannungen in der [lll]-Richtung ist nicht so leicht vorauszusagen, da die Tälertheorie, wie erwähnt, für p-leitendes Germanium quantitativ nicht zutrifft. Jedoch ist nach experimentellen Messungen der Zuwachs der Löcherbeweglichkeit in der Basisschicht für eine ähnliche Verspannung von 90% des erforderlichen Wertes, um den maximalen Beweglichkeitszuwachs zu erhalten, annähernd 27%. Setzt man diese Zunahmen in die Gleichung (2) ein, so ergibt sich der nachfolgende Zuwachs im Produkt-Verstärkungs-Bandbreite

GB = A

(1 + 0,41) (1 + 0,27),

oder eine Zunahme um 33%.

Solch eine Verspannung dient auch einer Zunahme des Stromverstärkungsfaktors des Bauelements (Verhältnis des Elektronenstroms zum Löcherstrom in der Richtung quer zur Basiszone, gewöhnlich als Stromverstärkungsfaktor « bezeichnet), da μ_η in der Richtung quer zur Basiszone größer wird, während μ_ρ quer zur Basisschicht abnimmt.

Die Größe dieser Verspannungen, um 90% der Elektronen in einem Tal zu erfassen, ist etwa 4 · 10~³ für Germanium. Solche Verspannungen können auf vielen Wegen erreicht werden, von denen einer in einer Differential-Expansion besteht, wie in den hier vorgelegten Ausführungsformen vorgeschlagen wird.

Dieses Beispiel setzt voraus, daß der Kristall in der Basisschicht so orientiert ist, daß die Ebene der Mesa in der [lll]-Richtung liegt. Bei vielen gegenwärtigen

7 8

Fabrikationstechniken ist die Ebene der Mesa eine so daß die dem Stift erteilte Verspannung wirksam in

[lll]-Ebene, die bekanntlich senkrecht auf der die Basiszone eingeleitet wird.

<111>-Richtung steht. Dementsprechend muß für Eine weitere Ausführungsform der Erfindung be-

derart hergestellte npn-Mesa-Transistoren die ge- trifft die Verbesserung der i?C-Charakteristik eines

eignete Richtung für Druckspannung beispielsweise 5 Varactors, das ist eine Diode mit variabler Reaktanz,

eine <110>-Richtung oder eine <112>-Richtung sein. Varactor-Dioden besitzen pn-Übergänge mit einem

Die einzige Folge dieses Orientierungswechsels ist eine sehr stark dotierten Legierungs- oder Diffusionsbereich

etwa 30 %ige Zunahme der notwendigen Verspannung, im Gegensatz zur Dotierungshöhe des Grundmaterials,

um 90 °/₀ der Elektronen in einem Tal zu erfassen, die Das i?C-Produkt ist in erster Linie durch die Eigen-

zuvor als Bedingung angenommen wurde. io schäften des Grundmaterials bestimmt. Die Ver-

Ähnliehe Änderungen für μ_η und μ_ν können in ringerung des .RC-Produktes ist erwünscht, weil

einem npn-Transistor der in Fig. 4 A und 4B ge- höhere Arbeitsfrequenzen bei Verwendung als Mischer,

zeigten Form hervorgerufen werden. F i g. 4A zeigt parametrischer Verstärker oder variabler Kondensator

die Grundplatte 21, die den npn-Transistor trägt. möglich sind und auch wegen des geringeren Rauschens

Der Transistor ist durch den η-leitenden Kollektor 22, 15 bei Verwendung als parametrischer Verstärker bei

den η-leitenden Emitter 23 und die p-leitende Basis- gegebener Frequenz.

zone 24 gekennzeichnet. Zuleitungen sind bei 25 und 26 Da die Konzentration der Verunreinigung in der

angedeutet. Der Transistor ist durch das Lot 27 oder stark dotierten η-leitenden Basiszone erhöht ist,

anderweitig fest mit der Grundplatte verbunden. nimmt der Widerstand R wie gewünscht ab, jedoch

Diese Elemente sind in der Aufsicht der F i g. 4 B 20 nimmt die Kapazität C zu. Erhöhte Dotierstoff-

besser zu erkennen. Die Kristallrichtung [111] ver- konzentrationen sind erwünscht, weil bei erhöhter

läuft, wie mit Bezug auf das Halbleitermaterial des Dotierung die Abnahme von R den Zuwachs von C

Basisbereichs angegeben. In dieser Ausführungsform überwiegt, was ein niedrigeres .RC-Produkt ergibt,

werden die gewünschten Änderungen für μ_η und μ_ρ Jedoch verringert sich die Elektronenbeweglichkeit

durch eine Zugspannung erreicht, die wiederum vor- 25 bei hohen Dotierstoffkonzentrationen wegen der

zugsweise während der Herstellung eingeführt wird. Streuung der Elektronen an den Störstellen. Der

Man kann eine Differential-Expansion anwenden, Punkt, unterhalb dessen diese Streuung gerade be-

oder die Grundplatte wird über eine Auflage A ge- deutsam wird, wird als optimale Donatorkonzen-

bogen, nachdem die Bindung zwischen Transistor tration betrachtet. Hieraus folgt, daß ein Zuwachs

und Grundplatte vollzogen ist. 30 der Elektronenbeweglichkeit eine höhere optimale

Eine andere Ausfülirungsform von besonderem Dotierstoffkonzentration gestattet, womit eine weitere

praktischem Interesse betrifft einen pnp-Mesa-Tran- Verkleinerung des i?C-Produktes ermöglicht wird,

sistor. Teilweise analog zur oben beschriebenen Aus- Diese Zunahme der Elektronenbeweglichkeit wird

führungsform eines npn-Mesa-Transistors ist die ge- dadurch erhalten, daß man die Basiszone in bestimmter

wünschte Verspannung im ρηρ-Transistor jedoch eine 35 Weise verspannt. In F i g. 6 ist eine Methode gezeigt,

Zugspannung in der Ebene der Basiszone. Die gleichen die notwendige Verspannung in einer typischen

erwünschten Änderungen der Beweglichkeit, wie in Varactor-Diode zu erhalten. Die η-leitende Basiszone

Verbindung mit der npn-Ausführungsform dargelegt, 40 mit einem stark dotierten Basiskontakt 41 an der

v/erden mit einer entgegengesetzten Verspannung, Unterseite ist an der Grundplatte 42 mittels Lot 43

d. h. einer Druckspannung, erreicht. Ein typischer 40 oder anderweitig befestigt. Die Elektrode 44 und die

ρηρ-Transistor ist in F i g. 5 gezeigt. Ein solches stark dotierte p-Zone 45 grenzen an die Basiszone, wie

Bauelement und ein geeignetes Fabrikationsverfahren gezeigt, an. Nach den oben dargelegten Prinzipien

werden nachfolgend beschrieben. wird eine Druckspannung in der angedeuteten [Hl]-

Ein Tragstift 30, beispielsweise aus Molybdän oder Richtung die Beweglichkeit der Ladungsträger in Kovar, wird zunächst in der durch Pfeile angezeigten 45 senkrechter Richtung zum Elektronenfluß erhöhen. Richtung verspannt. Von biaxialer Spannung wurde Die Druckspannung wird dem Bauelement vorzugsfestgestellt, daß sie einaxialer Verspannung überlegen weise während der Herstellung eingeprägt, indem man ist; dementsprechend wird das Grundmaterial in die Grundplatte unter Zug verspannt, das Plättchen zwei Richtungen verspannt, wie es in der F i g. 5 auflötet, während die Unterlage gedehnt bleibt, gezeigt ist. Ein p-leitendes Germaniumplättchen 31 50 das Lot erstarren läßt und die Unterlage entspannt, wird auf dem Tragstift 30 befestigt. Das Plättchen 31 wodurch dem Plättchen eine Druckspannung erteilt trägt die Mesa, die aus einer η-leitenden Basiszone 32 wird. Alternativ kann man das gleiche Ergebnis durch hergestellt ist, und einen p-leitenden Emitter 33 sowie Erhitzen der Unterlage, Auflöten oder sonstige Beeinen η-leitenden Basiskontakt 34 hat. Nachdem das festigung der Basisschicht und Abkühlen der Unter-Plättchen 31, das die Basiszone 32 trägt, an den Stift 30 55 lage erhalten. Eine Änderung der Größe der so angelötet und das Lot erhärtet ist, wird die Ver- erzeugten Verspannung kann man durch Regelung spannung des Stiftes aufgehoben, wodurch dem der Temperatur erreichen, auf welche die Unterlage Plättchen 31 eine Zugspannung mit einer gleich- während des Fabrikationsgangs erhitzt wird, oder zeitigen Zugspannung in der Basiszone 32 erteilt wird. durch sorgfältige Auswahl des thermischen Aus-Die Spannung in der Richtung der Basiszone 32 sorgt 60 dehnungskoeffizienten der Unterlage mit Bezug auf für die gewünschten Änderungen der Beweglichkeit. die Basiszone. Die Abnahme des jRC-Produkts der so Nach den oben dargelegten Prinzipien vermehrt diese erhaltenen Diode entspricht etwa dem Zuwachs der Spannung die Löcherbeweglichkeit in der Richtung Beweglichkeit. In diesem speziellen Fall beträgt die quer zur Basiszone, während gleichzeitig die Elek- Abnahme des i?C-Produktes annähernd 45%.
tronenbeweglichkeit in Richtung der Ebene der Basis- 65 Die hier im einzelnen behandelten Halbleiter sind zone erhöht wird. Silizium und Germanium, doch gewinnen andere

Bei diesen beiden Techniken muß das Lot ein Hart- halbleitende Stoffe wachsende wirtschaftliche Be-

lot sein, wie etwa eine Gold-Germanium-Legierung, deutung und werden als innerhalb des Erfindungs-

uirifangs liegend betrachtet. Hierunter befinden sich verschiedene Stoffe, an denen die oben dargelegte Erscheinung beobachtet wurde, wie PbTe, GaSb, InSb, AgSbTe₂, AgSbSe₂, Cu₃AsS₄, Cu₃SbS₃, Cu₃AsS₃, BiJiTe₃, Bi₂Se₃, Sb₂Te₃, Sb₂Se₃, PbSe, CdS und ZnO.

Halbleiterbauelemente, auf die die Erfindung anwendbar ist, sind allgemein die, deren Arbeitsweise von wenigstens einem pn-Übergang abhängt.

Für die Zwecke der Erfindung soll die Zu- oder Abnahme — je nach Wunsch — der Ladungsträgerbeweglichkeit wenigstens 15°/₀ betragen.

Aus praktischen Erwägungen und im Interesse des Erhaltene bemerkenswerter Beträge der Beweglichkeitsänderung wird für die erwähnten Stoffe eine minimale Verspannungsgrenze zu 5 · 10~⁴ festgesetzt, da diese Stoffe für Verspannungen unterhalb dieses Wertes als nicht genügend empfindlich zu betrachten sind, um eine für die vorliegenden Zwecke wünschenswerte Beweglichkeitsänderung zu erzeugen.

Zwar hat jedes Material eine charakteristische kristallographische Richtung, längs derer eine Verspiannung am wirksamsten zu Beweglichkeitsänderuogen führt, es ist aber einleuchtend, daß Verspjinnungen auch unter kleinen Abweichungen hiervon beachtliche Beweglichkeitsänderungen hervorrufen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelemente mit einem einkristallinen Halbleiterkörper, der wenigstens einen pn-Übergang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Teil des Halbleiterkörpers eine solche elastische Spannung in einer kristallographischen Richtung mit Millerschen Indizes von —2 bis +2 erzeugt und dauernd aufrechterhalten wird, daß die Beweglichkeit der Ladungsträger wenigstens 15% geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der durch die elastische Spannung erzeugten Dehnung oder Stauchung auf mindestens 5 ■ 10~⁴ eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Germanium verwendet wird, das in einer <111>Richtung verspannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der durch die elastische Spannung erzeugten Dehnung oder Stauchung mindestens 4 · 10~³ wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silizium verwendet wird, das in einer <100>-Richtung verspannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial einer der Stoffe PbTe, InSb, GaSb, AgSbSe₂, AgSbTe₂, Cu₃AsS₄, Cu₃SbS₃, Cu₃AsS₃, Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, Sb₂Te₃, Sb₂Se₃, PbSe, CdS oder ZnO verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mesaförmige Halbleiterkörper eines Mesa-Transistors an einem biaxial verspannten Unterlagsmaterial befestigt wird und daß anschließend die Verspannung des Unterlagsmaterials entfernt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 31641 VIIIc/21g

(bekanntgemacht am 3. 6.1954);
Le Journal de physique et Ie Radium, Tome 21,

Februar 1960, S. 130 bis 140;
Phys. Rev., Vol. 93, 1954, Nr. 4, S. 666 und 667.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 757/307 1.67 © Bundesdruckerei Berlin