DE1266891B - Strahlungsempfindliches P+NN+_Halbleiterbauelement - Google Patents

Strahlungsempfindliches P+NN+_Halbleiterbauelement

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DE1266891B
DE1266891B DEG40704A DEG0040704A DE1266891B DE 1266891 B DE1266891 B DE 1266891B DE G40704 A DEG40704 A DE G40704A DE G0040704 A DEG0040704 A DE G0040704A DE 1266891 B DE1266891 B DE 1266891B
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semiconductor
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutsche KL: 21g-29/10
Nummer: 1266 891
Aktenzeichen: G 40704 VIII c/21 g
Anmeldetag: 29. Mai 1964
Auslegetag: 25. April 1968
Die Erfindung bezieht sich auf strahlungsempfindliche Halbleiterbauelemente, die zum Herstellen von Fangstellenniveaus, die zwischen den Akzeptor- und Donorniveaus liegen, zusätzlich mit geeigneten Aktivatoren dotiert sind.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei lichtempfindlichen Halbleiterbauelementen ohne PN-Übergang durch geeignete Dotierung einen Abschnitt in der Strom-Spannungs-Kennlinie zu schaffen, in dem das Halbleiterbauelement einen negativen Widerstand aufweist. Um zu erreichen, daß sich die Durchbruchspannung mit zunehmender Lichtstärke nicht verringert, kann man durch Dotierung mit beispielsweise Zink zusätzlich zu den Akzeptor- und Donorstörstellen Fangstellenniveaus bilden, die zwischen den Akzeptor- und Donorniveaus liegen. Es ist auch bekannt, daß Tunneldioden unter gewissen Voraussetzungen einen negativen Widerstand aufweisen und daß bei Bestrahlung ihrer PN-Übergänge mit Licht ihre Kennlinien stark verändert werden können.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein schaltbares und steuerbares Halbleiterbauelement mit einem PN-Übergang zu schaffen, dessen Strom-Spannungs-Kennlinie im Durchlaßbereich einen Abschnitt mit negativem Widerstand aufweist, der durch Energieeinwirkung, beispielsweise Lichtstrahlen, verändert und zum Verschwinden gebracht werden kann.
Ausgehend von einem strahlungsempfindlichen P+NN+-Halbleiterbauelement, hergestellt aus einem N-leitenden Halbleiterkörper, der mit einem Aktivator, wie Gold, Kupfer, Zink, Kobalt, Eisen, Mangan oder Nickel, dotiert ist, dessen Akzeptorniveau etwa in der Mitte des Bandabstandes liegt, besteht die Erfindung darin, daß zur Einstellung eines bei Zimmertemperatur halbisolierenden Zustandes die Aktivatorkonzentration der N-leitenden Zone zwischen 101* und 1017 Atomen/cm3 liegt und daß die Dicke der N-leitenden Zone zwischen der P+-leitenden Zone und der N+-leitenden Zone bei schwacher Löcherinjektion größer und bei starker Löcherinjektion kleiner als die Löcherdiffusionslänge ist.
Je nachdem, ob man von einem N-leitenden Halbleiterkörper aus beispielsweise Germanium, Silicium oder GaAs ausgeht, sollte die Aktivatorkonzentration so groß sein, daß sich ein spezifischer Widerstand von etwa 50, über 100 oder etwa 105 Ohm · cm ergibt.
Ein besonders variables Halbleiterbauelement erhält man, wenn man in die N-leitende Zone eine weitere ohmisch kontaktierte N+-leitende Zone einläßt. Ein solches Halbleiterbauelement kann bei-Strahlungsempfindlicb.es
P+NN+-Halbleiterbauelement
Anmelder:
General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
6000 Frankfurt, Parkstr. 13
Als Erfinder benannt:
Nick Holonyak jun., Syracuse, N. Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Mai 1963 (284 703) - -
spielsweise auch an Stelle einer Zenerdiode verwendet werden.
Es wurde festgestellt, daß man auch in der Kennlinie asymmetrischer Halbleiterbauelemente, ζ. Β. eines P+NN+-Halbleiterbauelementes, Abschnitte mit negativem Widerstand erzeugen kann. Hierzu wird einerseits von einem Halbleitermaterial ausgegangen, das derart mit schwachen Donatoren und mit als Akzeptoren wirkenden Aktivatoren mit tief liegendem Energieniveau dotiert ist, daß sich normalerweise bei Zimmertemperatur ein sogenannter halbisolierender Zustand ergibt, und andererseits wird der Abstand zwischen der P+- und der N+-leitenden Zone größer als die Diffusionslänge der Löcher in der halbisolierenden Zone bei geringer Löcherinjektion gemacht, so daß bei geringen Strömen zwischen der P+- und der N+-leitenden Zone eine Zone hoher Impedanz liegt.
Beim Anlegen einer kleinen Spannung in Durchlaßrichtung an ein solches Halbleiterbauelement werden in die halbisolierende Zone sowohl Löcher als auch Elektronen injiziert, so daß man von einer Doppelinjektion spricht. Wegen der tief liegenden Fangstellenniveaus können sich die Löcher jedoch in Richtung der N+~leitenden Zone nur wenig ausbreiten, so daß der spezifische Widerstand der Intrinsiczone nur wenig erniedrigt wird. Die Fangstellenniveaus wirken nämlich bei geringer Injektion als Rekombinationszentren, die die Lebensdauer der
809 540/336
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Löcher stark verkleinern, die sich nach der folgen- vatoren, die mehrere wirksame Fangstellenniveaus den Gleichung berechnet: erzeugen, ergeben sich jedoch entsprechend andere
Konzentrationsverhältnisse als für Aktivatoren, die
x ^ 5 nur ein Fangstellenniveau bewirken.
ν ρ ap N% 5 Der von Raumladungserscheinungen abhängige
Abschnitt der Strom-Spannungs-KennMnie und der
worin rp die Lebensdauer der Löcher bei geringer Abschnitt mit negativem Widerstand können durch Injektion, vp die thermische Geschwindigkeit der Energieeinwirkung, z. B. durch Lichtstrahlung, beLöcher, Op der Einfangquerschnitt für die Löcher einflußt werden. Wenn auch der Grund für ein sol- und NR die Zahl der Akzeptorniveaus ist. Die inji- io ches Verhalten noch nicht voll verstanden wird, so zierten Elektronen besetzen die Fangstellenniveaus, kann man doch annehmen, daß durch die einfallende die bei geringer Injektion von den Löchern entvölkert Strahlung die tief liegenden Niveaus von Elektronen sind. Bei zunehmender Spannung steigt der Strom- entleert werden und dadurch die Eigenschaft dieser fluß durch das Halbleiterbauelement an, da die Niveaus, die Lebensdauer zu verringern, beeinflußt Rekombinationszentren immer mehr überflutet wer- 15 wird und Elektronen im Leitungsband zur Stromden und die injizierten Elektronen eine weitere Elek- leitung zur Verfugung gestellt werden. Die Ansprechtroneninjektion in diesen Bereich verhindern. Bei zeiten sind sehr klein, so daß solche Halbleiterbaueinem bestimmten Spannungswert wird die Zone mit elemente ein weites Anwendungsgebiet besitzen, hohem spezifischem Widerstand vollständig mit Feldstärken von 103 bis 10* Volt/cm reichen aus, Löchern überflutet, so daß deren Lebensdauer 20 damit die beschriebene Wirkungsweise auftritt, immer mehr vergrößert wird, bis sich schließlich Die beschriebenen Halbleiterbauelemente sind be-
das gleiche Verhalten wie bei einem PIN-Halbleiter- sonders gut als Strahlungsdetektoren geeignet. Liegen bauelement ergibt. Die Strom-Spannungs-KennHnie die die Fangstellenniveaus erzeugenden Aktivatoren knickt daher bei einer bestimmten Spannung um und in geringen Konzentrationen vor und verwendet man weist dann einen Abschnitt mit negativem Wider- 25 insbesondere ein Halbleitermaterial, wie Germanium, stand auf, in dem der Strom mit abnehmender Span- dann findet ein Schaltvorgang auf sehr kleine Durchnung ansteigt. Daran schließt sich ab einer anderen laßspannungen statt. Verwendet man die Aktivatoren bestimmten Spannung ein weiterer Abschnitt an, in jedoch in einem bestimmten Konzentrationsbereich, dem der Strom mit der Spannung wieder zunimmt. dann fällt die Spannung im dritten Abschnitt der Die Lebensdauer der Löcher (und Elektronen) be- 30 Strom-Spannungs-Kennlinie nicht auf einen so gerechnet sich in diesem Abschnitt der starken Injek- ringen Wert ab, wie es beispielsweise bei PIN-HaIbtion nach der folgenden Formel: leiterbauelementen der Fall ist, sondern stellt sich
auf einen mittleren Wert ein. Man kann dabei auch
T ^ .___= ~ χ ? erreichen, daß die Ströme bei äußerst geringen Span-
VpGnNR 35 nungsanstiegen stark geändert werden.
Bisher ist es üblich, zum Herstellen von Bezugs-
worin τΌ bzw. r„ die Lebensdauer der Löcher bzw. spannungen im Niederspannungsbereich Zenerdioden Elektronen bei hoher Injektion, an der Einfangquer- zu verwenden, die aus einem PN-Halbleiterkörper schnitt für Elektronen und NR die Zahl der Akzeptor- bestehen. Wenn man an den PN-Übergang in Sperrniveaus ist. 40 richtung eine einen gewissen Wert übersteigende Die Strom-Spannungs-Kennlinie derartiger Halb- Spannung anlegt, dann schlägt der PN-Übergang leiterbauelemente besteht demnach aus drei Ab- durch, da ähnlich wie bei der Stoßionisation von schnitten. Im ersten Abschnitt befindet sich das Gasen die Atome lawinenartig ionisiert werden. Der Halbleiterbauelement in einem hauptsächlich von Strom durch das Halbleiterbauelement steigt dabei Raumladungserscheinungen abhängigen Zustand, 45 auf einen nahezu unendlich großen Wert an, ohne und der Strom steigt etwa quadratisch mit der daß sich die Spannung am Halbleiterbauelement Spannung an (Abschnitt mit niedrigen Strömen). Im merklich ändert. Durch geeignete Dotierung und zweiten Abschnitt (Abschnitt mit negativem Wider- Dimensionierung kann man den Spannungsdurchstand) nimmt der Strom mit abnehmender Spannung schlag innerhalb weiter Grenzen steuern, wobei schnell zu. Im dritten Abschnitt schließlich steigt 50 mit zunehmender Verunreinigungskonzentration die der Strom mit zunehmender Spannung steil an (Ab- Durchschlagsspannung abnimmt. Auf Grund der schnitt mit hohen Strömen). Weitere Einzelheiten chemischen Eigenschaften der Halbleitermaterialien hierzu können aus einem Aufsatz von Murray und der sich ergebenden Betriebsweise bei sehr A. Lampert in Physical Review, Bd. 125, Nr. 1, hohen Dotierungen ist jedoch den Verunreinigungs-S. 126 bis 141, Januar 1962, mit dem Titel »Double 55 konzentrationen eine Grenze gesetzt. Bei Silicium Injection in Insulators« entnommen werden. ergibt sich diese Grenze beispielsweise bei 6 bis Die Konzentration der Aktivatoren zum Herstel- 8 Volt, ab der nicht mehr der Lawineneffekt, sondern len der Fangstellenniveaus ist durch die Löslichkeit der Zener- oder Tunneleffekt vorherrschend wird, der Aktivatoren im Halbleitermaterial begrenzt. Bei In diesem Fall ist der Spannungsdurchbruch nicht einer zu geringen Konzentration von Aktivator- 60 mehr klar definiert und abrupt, sondern man erhält atomen ist jedoch der Widerstand des Halbleiter- eine abgerundete Kennlinie mit »weichem« Durchmaterials nicht genügend hoch, d. h. die Lebensdauer bruch. Bei den Halbleiterbauelementen nach der der Löcher nicht genügend gering. Die Konzen- Erfindung kann die konstante Spannung durch getration sollte daher bei mindestens etwa 1015 bis eignete Dimensionierung und durch geeignete Dotie-1017 Atomen/cm3 liegen, jedoch haben sich auch 65 rung mit Aktivatoren geändert werden. Konzentrationen von 1014 Atomen/cm3 noch als aus- Die Erfindung wird nun auch an Hand von Ausreichend erwiesen. Die obere Grenze ist durch die führungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren Löslichkeit bestimmt. Bei der Verwendung von Akti- näher beschrieben.
5 6
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein aus Ger- kern mit vier Anschlüssen geeignet. Wegen des Ab-
manium hergestelltes Halbleiterbauelement nach der Schnitts mit negativem Widerstand sind diese HaIb-
Erfindung; leiterbauelemente auch in Schaltern mit vier An-
F i g. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie des Schlüssen brauchbar, wobei ein Ausgangskreis mit
Halbleiterbauelementes nach der Fig. 1; 5 zwei Anschlüssen in Abhängigkeit von Licht, das
F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch ein aus Silicium von einem Eingangskreis mit zwei Anschlüssen erhergestelltes Halbleiterbauelement nach der Er- zeugt wird, aus einem Zustand mit hohem Widerfindung; stand in einen Zustand mit niedrigem Widerstand
F i g. 4 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie des umgeschaltet wird.
Halbleiterbauelementes nach der Fig. 3; io Die Fig. 3 zeigt ein weiteres lichtempfindliches
F i g. 5 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie des Halbleiterbauelement 30 mit Doppelinjektion, das Halbleiterbauelementes nach der F i g. 3 bei anderer eine Scheibe 31 aus halbisolierendem Silicium entDotierung; hält, in deren eine Seite zum Herstellen einer stark
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein aus GaAs dotierten P+-leitenden Zone beispielsweise Aluhergestelltes Halbleiterbauelement nach der Er- 15 minium, und in deren andere Seite eine Schicht aus findung; beispielsweise mit Gold dotiertem Antimon einlegiert
F i g. 7 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie des ist, damit eine stark dotierte N+-leitende Zone 33
Halbleiterbauelementes nach der F i g. 5. entsteht. An den Zonen 32 und 33 ist je ein leiten-
Gemäß der F i g. 1 enthält eine Diode 1 eine der Anschluß 34 bzw. 35 angebracht. Die Silicium-Scheibe 2 aus halbisolierendem Germanium mit 20 scheibe ist aus einem Barren aus N-leitendem SiIihohem spezifischem Widerstand, in deren eine Seite cium hergestellt, das mit Gold bis zu einem zur Herstellung einer stark dotierten P-leitenden endgültigen spezifischen Widerstand von etwa Zone 3 beispielsweise mit Gallium dotiertes Indium 105 Ohm · cm dotiert ist. Die Scheibe hat eine Ober- und in deren andere Seite zur Herstellung einer stark fläche von 1,25 X 1,25 mm2. Der Abstand zwischen dotierten N-leitenden Zone 4 eine Schicht aus bei- 25 der P+- und der N+-leitenden Zone ist kleiner als spielsweise mit Antimon dotiertem Gold einlegiert 0,25 mm. Die geschätzte Konzentration an Goldist. Die Germaniumscheibe ist aus N-Germanium atomen im halbisolierenden Abschnitt der Siliciumhergestellt, das mit Kupfer dotiert ist, damit sie halb- scheibe liegt in der Größenordnung von 1015 bis isolierend ist. An die Zonen 3 und 4 ist je eine 1017 Atomen/cm3.
Zuleitung 5 bzw. 6 leitend angeschlossen. Die 3° Die F i g. 4 zeigt den Verlauf des Stroms, wenn
Scheibe hat an der Breitseite eine Fläche von zwischen den Anschlüssen 34 und 35 des Halbleiter-
1,25 X 1,25 mm2. Der Abstand zwischen der P+- bauelementes nach der Fig. 3 bei Raumtemperatur
und der N+-leitenden Zone beträgt 0,3 mm. Die (3000K) Spannungen in Durchlaßrichtung angelegt
geschätzte Konzentration an Kupferatomen im halb- sind. Die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung
isolierenden Abschnitt der Germaniumscheibe liegt 35 bei normalem Raumlicht zeigt eine Kurve 36, wäh-
in der Größenordnung von 1016 bis 1017 Atomen/cm·3. rend eine Kurve 37 dieselbe Abhängigkeit bei Be-
Die F i g. 2 zeigt den Stromverlauf beim Anlegen leuchtung angibt. Ähnlich wie die Kurven 7 und 8 von Spannungen zwischen die Zuleitungen 5 und 6 der F i g. 2 weist die Kurve 36 drei Abschnitte auf, des Halbleiterbauelementes nach der Fig. 1 in und zwar einen durch die Raumladung bestimmten Durchlaßrichtung. Die Abhängigkeit des Stroms von 40 Abschnitt 38, einen Abschnitt 39 mit negativem der Spannung bei normalem Raumlicht (300° K) Widerstand und einen relativ flachen Abschnitt 40. zeigt eine Kurve 7, während eine Kurve 8 dieselbe Wenn die Lichtintensität genügend groß ist, dann Abhängigkeit zeigt, wenn das Bauelement mit Licht verschwindet der Abschnitt mit negativem Widerhöherer Intensität bestrahlt wird. Die Abhängigkeit stand, und man erhält die Kurve 37.
des Stroms von der Spannung bei einem noch star- 45 Die F i g. 5 zeigt den Kurvenverlauf für ein mit keren Lichteinfall ist durch eine Kurve 9 wieder- Kobalt dotiertes Halbleiterbauelement bei verschiegegeben. denen Beleuchtungsstärken. Die Strom-Spannungs-
Die Kurve 7 weist drei Abschnitte auf, wobei der Kennlinie bei Raumlicht ist durch eine Kurve 41 anAbschnitt 10 durch die Raumladung festgelegt ist, gegeben, während Kurven 42, 43 und 44 die Kennder Abschnitt 11 einer negativen Widerstands- 50 linien bei zunehmend stärkerer Beleuchtung sind,
charakteristik entspricht und der Abschnitt 12 mehr Das Halbleiterbauelement nach der Fig. 6 enthält oder weniger gleich der Kennlinie eines in Durchlaß- eine Scheibe 61 aus halbisolierendem Galliumrichtung vorgespannten üblichen Bauelementes mit arsenid, in deren eine Oberfläche eine P+-leitende einem PN-Übergang ist. Wenn die Intensität der Zone 62 und in einem gewissen Abstand dazu eine Lichtstrahlung genügend groß ist, dann verschwindet 55 N+-leitende Zone 63 eingelassen ist. Eine weitere der Abschnitt mit negativem Widerstand, wie aus der stark N+-leitende Zone 64 befindet sich an der entKurve 9 hervorgeht. gegengesetzten Oberfläche der Scheibe. An den
Die Halbleiterbauelemente nach der F i g. 1 aus Zonen 62, 63 und 64 sind elektrisch leitende An-
N-leitendem Germanium können auch mit Gold, Schlüsse 65, 66 und 67 angebracht.
Kobalt, Eisen, Nickel, Mangan und/oder Zink dotiert 60 Die F i g. 7 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie
sein. Sie besitzen in Abhängigkeit von der Intensität beim Anlegen einer Spannung an die Anschlüsse 65
der Bestrahlung Strom-Spannungs-Kennlinien, die und 66 in Durchlaßrichtung bei drei verschiedenen
den in der F i g. 2 dargestellten ähnlich sind. Lichtintensitäten, wobei man bei normalem Raum-
Infolge der Änderung des Stroms in Abhängigkeit licht eine Kurve 68 erhält. Der Strom steigt hier mit
von der Lichtintensität bei konstanten Spannungen 65 der Spannung im allgemeinen quadratisch an, bis ab
in dem durch die Raumladung begrenzten Abschnitt einer kritischen Spannung der Abschnitt mit nega-
ist das Halbleiterbauelement nach der F i g. 1 be- tivem Widerstand beginnt. Ab einem vorgesehenen
sonders als lichtempfindliches Element in Verstär- Spannungswert nimmt dann der Strom bei einer
geringfügigen Spannungsänderung schnell zu. Eine Kurve 69, die die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung bei Beleuchtung zeigt, besitzt in ähnlicher Weise drei Abschnitte. Die zum Abschnitt mit negativem Widerstand gehörenden Grenzwerte liegen weniger weit auseinander. Die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung bei starker Belichtung ist als Kurve 70 wiedergegeben.
Die Strom-Spannungs-Kennlinien zwischen den Anschlüssen 65 und 66 kann durch Aufprägung eines magnetischen Feldes verschoben werden. Wenn ein Magnetfeld von 5000 Gauß derart gerichtet ist, daß der Löcherstrom tiefer in die Scheibe 61 abgelenkt wird, dann verschiebt sich die gesamte Kennlinie bei konstanter Intensität des Lichtes längs der Abszisse zu höheren, im Vergleich zum Zustand ohne Magnetfeld etwa doppelten Spannungswerten hin. Eine etwas geringere Verschiebung beobachtet man bei einem umgekehrt gerichteten Magnetfeld, In beiden Fällen ist die Form der Strom-Spannungs-Kenn- ao linie ziemlich ohne Einfluß, Zusätzlich zur Spannung und Strahlung können also Magnetfelder bei den beschriebenen Halbleiterbauelementen dazu benutzt werden, um das Verhalten des Stroms in der gewünschten Weise abzuändern. »5
Bei dem in der F i g. 6 gezeigten Halbleiterbauelement kann man über den Anschluß 67 Steuersignale zuführen, so daß man ähnlich wie bei einem Thyristor in Abhängigkeit von der Größe der Steuersignale einen Satz von Strom-Spannungs-Kennlinien erhält. Da das Halbleiterbauelement jedoch strahlungsempfindlich ist, erhält man für jede Lichtintensität einen solchen Kennliniensatz. In gleicher Weise erhält man verschiedene Kennlimensätze, wenn man Spannungen in Durchlaßrichtung zwischen die An-Schlüsse 65 und 67 legt und den Anschluß 66 zum Zuführen der Steuersignale verwendet.
Den Licht-Strom-Umformer nach der Fig. 6 könnte man als Ausgangsglied eines lichtgekoppelten Gerätes verwenden, dessen Eingangsglied ein Strom-Licht-Umformer ist. Hierzu würde man das Halbleiterbauelement im Raumladungsabschnitt der Kennlinie betreiben.
Bei Germanium haben sich spezifische Widerstände von 20 Ohm · cm oder mehr als geeignet erwiesen, doch ist in gewissen Fällen auch ein spezifischer Widerstand von 10 Ohm · cm brauchbar. Bei Silicium werden spezifische Widerstände von etwa 100 Ohm · cm und bei Galliumarsenid von IQ5 bis 106 Ohm · cm bevorzugt. so
Aktivatoren für Germanium sind bevorzugt Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt, Zink und Mangan, wobei Eisen tiefe Niveaus und die beste Lichtempfindlichkeit erzeugt. Kupfer hat in Germanium die höchste Löslichkeit und entsprechend ergibt sich die beste Anpassungsfähigkeit an die von dem speziellen Bauelement zu erfüllenden Erfordernisse. Bei Silicium sind die erwähnten Materialien ebenfalls sehr brauchbar, wobei Gold wegen seiner höchsten Löslichkeit in Silicium am besten geeignet erscheint, da hierdurch eine Kompensation in breiten Bereichen möglich ist und Halbleiterbauelemente mit sehr unterschiedlichem Verhalten hergestellt werden können. Kobalt und Zink sind als Aktivatoren in Silicium wegen der hohen Lichtempfindlichkeit geeignet. In Galliumarsenid sind Zink und Kupfer geeignet.
Verwendet man Aktivatoren, wie Gold, Kupfer, Zink, Eisen und Kobalt, die bei verschiedenen Spannungen mehrere Fangstellenniveaus im verbotenen Band erzeugen, dann braucht man entsprechend weniger Material in das Halbleitermaterial einzuführen, um die Donorniveaus zu kompensieren und das Material halbisolierend zu machen, als wenn man Aktivatoren verwendet, die gerade ein einziges wirksames tief liegendes Niveau erzeugen. Der Abstand der Stellen, von denen die Löcher bzw. die Elektronen injiziert werden, sollte bei Germanium und Silicium zwischen 0,05 und 0,25 mm liegen, während er bei Galliumarsenid am wenigsten kritisch ist und 0,05 bis über 0,5 mm betragen kann.
Die Schwellwertspannung, bei der das Halbleiterbauelement von dem im allgemeinen durch die Raumladung bestimmenden Zustand in den Zustand mit negativem Widerstand umschaltet, ist eine Funktion des Halbleitermaterials, der Art und der Konzentration der Aktivatoren, der Lebensdauer der Minoritätsträger und des Abstandes zwischen den Kontakten, über die die Löcher bzw. die Elektronen injiziert werden. Feldstärken zwischen 10» und 10* Volt/cm reichen zum Erreichen der Schwellwertspannung aus. Der Spannungswert, auf den das Bauelement umschaltet, hängt von der Konzentration der Aktivatoren ab. Dasselbe gilt auch für den dritten Abschnitt der Kennlinie.
Es lassen sich Siliciumbauelemente herstellen, deren Schwellwertspannungen zwischen etwa 1 und 20VoIt liegen. Bei Germaniumbauelementen betragen die Schwellwertspannungen etwa 1 bis 100 Volt. Bei den Galliumarsenidbauelementen erhält man Schwellwertspannungen von weniger als 1 bis über 200 Volt.
Die Halbleiterbauelemente gemäß der Erfindung leiten Ströme bis zu 100 mA. Bei zu hohen Strömen wird das Halbleitermaterial erwärmt, wodurch Ionisierungseffekte auftreten, die in unerwünschter Weise die Eigenschaften des Halbleiterbauelementes verändern. Zu hohe Ströme sollten daher vermieden werden.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Strahlungsempfindliches P+NN+-Halbleiterbauelement, hergestellt aus einem N-leitenden Halbleiterkörper, der mit einem Aktivator, wie Gold, Kupfer, Zink, Kobalt, Mangan oder Nickel, dotiert ist, dessen Akzeptorniveau etwa in der Mitte des Bandabstandes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung eines bei Zimmertemperatur halbisolierenden Zustandes die Aktivatorkonzentration der N-leitenden Zone (2) zwischen 10" und 1017 Atomen/cm» liegt und daß die Dicke der N-leitenden Zone zwischen der P+4eitenden Zone (3) und der N+-leitenden Zone (4) bei schwacher Löcherinjektion größer und bei starker Löcherinjektion kleiner als die Löcherdiffusionslänge ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, hergestellt aus einem N-leitenden Germaniumkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivatoren bis zu einem spezifischen Widerstand von etwa 50 Ohm ■ cm zugegeben sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, hergestellt aus einem N-leitenden Siliciumkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivatoren bis zu einem spezifischen Widerstand von über 100 Ohm · cm zugegeben sind.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, hergestellt aus einem N-leitenden Galliumarsenidkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivatoren bis zu einem spezifischen Widerstand von etwa 105 Ohm · cm zugegeben sind.
5. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die N-leitende Zone (61) eine weitere ohmisch kontaktierte N+-leitende Zone (63) eingelassen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1303 035; IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 4 (1962), 5 S. 54;
Elektrotechnische Zeitschrift, A 82 (1961), S. 114 bis 116.
IO In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1214 340.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 540/336 4.63 © Bundesdruckerei Berlin
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