DE1284518B - Flaechentransistor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Flaechentransistor und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Flächentransistor, insbesondere Schalttransistor, mit einem scheibenförmigen
Halbleiterkörper, der aus Schichten von Materialien verschiedener Eigenschaften besteht und
bei dem auf einer der beiden Hauptoberflächen ein Kollektorkontakt angebracht ist.
Es war bereits bekannt, Transistoren aus Schichten verschiedener Materialien herzustellen, z. B.
einen npn-Transistor aus n-Silicium, p-Germanium und η-Germanium (deutsche Patentschrift 814487).
Beim Schalten von Strömen mittels bekannter Transistoren in einer häufig angewandten Schaltungsanordnung
können unterhalb einer bestimmten Grenze kürzere Schaltzeiten nicht erreicht werden,
weil der Übergang von einem Schaltzustand in den anderen durch Übergangserscheinungen verzögert
wird. Im eingeschalteten, d. h. stromdurchlässigen, Zustand wird der Übergang zwischen Basis und Kollektor
in der Vorwärtsrichtung vom Strom durchflossen, was eine große Injektion von Ladungsträgern
in das halbleitende Kollektormaterial zur Folge hat. Bevor dann der umgekehrte, stromlose Zustand auftreten
kann, müssen diese Ladungsträger entfernt werden.
Bei Kristalldioden, welche eine derartige Wirkung aufweisen können, ist es bekannt, dies durch Anwendung
halbleitenden Materials zu unterdrücken, das mindestens eine die Lebensdauer der Ladungsträger
kürzende, aktive Verunreinigung enthält; bei Germanium wird zu diesem Zweck insbesondere
Eisen, Nickel, Kupfer und Gold verwendet. Eine ähnliche Anwendung dieser Maßnahme bei Transistoren
ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da der Verstärkungsfaktor eines Transistors im allgemeinen bei
Herabsetzung der Lebensdauer der Ladungsträger im halbleitenden Material abnimmt.
Bei Anwendung dieser Maßnahme ergibt sich weiter der Nachteil, daß der Kollektor-Ableitungsstrom
zunimmt.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß es möglich ist, den scheibenförmigen Halbleiterkörper
eines Flächentransistors aus zwei Halbleiterschichten aufzubauen, die aus Materialien mit verschiedenen
Eigenschaften bestehen, wobei in einer dieser Halbleiterschichten eine kurze Lebensdauer der Ladungsträger
bewirkt wird, ohne daß der Kollektor-Ableitungsstrom unzulässige Werte anzunehmen braucht.
Die Ausbildung des Transistors gemäß der Erfindung besteht darin, daß auf einer zur Kollektorzone
gehörenden Halbleiterplatte des einen Leitfähigkeitstyps sich eine aufgewachsene Halbleiterschicht desselben
Leitfähigkeitstyps mit einer größeren Lebensdauer der Ladungsträger befindet, in der die Basiszone
und der Kollektor-Basis-pn-Übergang liegen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht die aufgewachsene Halbleiterschicht aus einem
Material mit einem kleineren Bandabstand als das der Halbleiterplatte. Vorzugsweise liegt der Kollektor-Basis-pn-Übergang
in der aufgewachsenen Halbleiterschicht in einem Abstand von der Grenzfläche zwischen der Halbleiterplatte und der aufgewachsenen
Halbleiterschicht, der maximal gleich der Diffusionslänge der Ladungsträger ist. Die Erfüllung dieser
Bedingungen bedeutet, daß ein niedrigerer Kollektor-Ableitungsstrom erzielt wird, infolge des Unterschiedes
im Bandabstand. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Übergang und der Grenzfläche
kleiner als die Dicke der Basiszone. Der niedrige Kollektor-Ableitungsstrom gibt die Möglichkeit,
die Lebensdauer der Ladungsträger stärker zu kürzen.
Die hochohmigere aufgewachsene Halbleiterschicht macht eine hohe Basis-Kollektor-Durchschlagspannung
möglich, wobei der Kollektor-Reihenwiderstand dadurch niedrig bleibt, daß die Halbleiterplatte
niederohmig ist.
Die Halbleiterschicht kann z.B. aus Germanium
Die Halbleiterschicht kann z.B. aus Germanium
ίο mit einem Bandabstand von 0,72 eV bestehen und
die Halbleiterplatte z. B. aus Silicium mit einem Bandabstand von 1,12 eV oder aus einer halbleitenden
Verbindung, wie z.B. Galliumarsenid (GaAs 1,35 eV), Galliumphosphid (GaP 2,25 eV), Indiumphosphid
(InP 1,25 eV) oder Aluminiumantimonid (AlSb 1,52 eV).
Ein besonders zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines Transistors nach der Erfindung besteht
darin, daß auf die Halbleiterplatte die Halbleiter-
ao schicht aufwachsen lassen wird, deren spezifischer Widerstand groß gegen den der Halbleiterplatte ist
und daß in der aufgewachsenen Halbleiterschicht durch Diffusion eines Dotierungsmaterials entgegengesetzten
Leitungstyps die Basiszone erzeugt wird.
as Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung im
einzelnen erläutert.
Die Figuren zeigen schematische Schnitte durch eine Halbleiterplatte, die nach der Erfindung zu
einem Transistor verarbeitet wird, in verschiedenen Herstellungsstufen und im vergrößerten Maßstabe,
wobei insbesondere die dünnen Schichten und Zonen übertrieben dick dargestellt sind.
Ausgegangen wird von einer Siliciumplatte 1 mit p-Leitfähigkeit in einer Stärke von 50 μπα mit einem
spezifischen Widerstand von 0,001 Ohm · cm und mit einer Lebensdauer der Ladungsträger von 1 · 10~9 s;
dieses Material bildet einen Teil der Kollektorzone. Auf an sich bekannte, hier nicht wesentliche Weise
wird auf dieser Platte eine Germaniumschicht 2 mit einer Stärke von 3 μπι aufgedampft; diese Schicht, die
durch Dotierung mit Indium auch p-Leitfähigkeit aufweist, hat einen spezifischen Widerstand von
2 Ohm · cm. Die Lebensdauer der Ladungsträger beträgt hier 10~7 s.
Darauf wird die Platte an der Oberfläche durch eine Diffusionsbehandlung in Antimondampf während
4 Stunden bei 600° C bis zu einer Tiefe von 2μΐη in n-Typ-Material umgewandelt. Die dabei an
der unteren Seite der Platte entstandene Diffusionsschicht wird durch Ätzen wieder entfernt. Es wird
so eine Platte mit einem Aufbau nach F i g. 2 erhalten.
Aus dieser Platte werden schließlich Scheiben 4 mit einer Größe von 2 · 2 mm geschnitten, die zum
Aufbau der Transistoren verwendet werden. Dazu werden auf jeder Scheibe durch Aufdampfen ein
Emitterkontakt 5 mit einer Größe von 150 · 25 μΐη
aus Aluminium und ein Basiskontakt 6 gleicher Größe aus Gold angebracht (Fig. 3). Die Kontakte 5
und 6 liegen parallel zueinander und nebeneinander in einem gegenseitigen Abstand von 15 μπι.
Durch Maskierung und Ätzung wird darauf das halbleitende Material, das die Kontakte 5 und 6 umgibt,
bis zu einer Tiefe von 8 μπι weggenommen, wodurch
ein Transistor des bekannten »Mesa«-Typs erhalten wird, der schließlich mittels Zinn auf einem
aus Nickel bestehenden Kollektorkontakt 7 befestigt wird (s, Fig.4).
So wird eine erste Teilzone des Kollektors durch die Halbleiterplatte und eine zweite Teilzone des
Kollektors durch die Schicht 2 gebildet. Der Kollektor-Basis-Übergang liegt zwischen der Teilzone 2 und
der Basiszone 3 in einem Abstand von 1 μπα von dem Material der ersten Teilzone 1. Dieser Abstand ist
hinreichend gering, um eine Erniedrigung des Kollektor-Ableitungsstromes zu erzielen unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß die Diffusionslänge der Elektronen in dem aufgedampften Germanium etwa
μΐη beträgt.
Die Emitterzone ist in der Zeichnung nicht angedeutet; die Basiszone wird durch die diffundierte
Zone 3 und die Kollektorzone durch die Teilzonen 1 und 2 gebildet. Die hochohmige dünne Teilzone 2
der Kollektorzone macht eine hohe Basis-Kollektor-Durchschlagspannung möglich, während dennoch
der Kollektor-Reihenwiderstand niedrig bleibt dadurch, daß die Teilzone 1 der Kollektorzone niederohmig
ist. ao
Claims (11)
1. Flächentransistor, insbesondere Schalttransistor, mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper,
der aus Schichten von Materialien verschiedener Eigenschaften besteht und bei dem auf
einer der beiden Hauptoberflächen ein Kollektorkontakt angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einer zur Kollektorzone (1,2) gehörenden Halbleiterplatte (1) des einen
Leitfähigkeitstyps sich eine aufgewachsene Halbleiterschicht (2) desselben Leitfähigkeitstyps mit
einer größeren Lebensdauer der Ladungsträger befindet, in der die Basiszone (3) und der KoI-lektor-Basis-pn-Übergang
liegen.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgewachsene Halbleiterschicht
(2) aus einem Material mit einem kleineren Bandabstand als das der Halbleiterplatte (1)
besteht.
3. Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Basis-pn-Übergang
in der aufgewachsenen Halbleiterschicht (2) in einem Abstand von der Grenzfläche zwischen
der Halbleiterplatte (1) und der aufgewachsenen Halbleiterschicht (2) liegt, der maximal gleich der
Diffusionslänge der Ladungsträger ist.
4. Transistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand kleiner als die
Dicke der Basiszone (3) ist.
5. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte (1) aus
Silicium und die aufgewachsene Halbleiterschicht (2) aus Germanium bestehen.
6. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte (1) aus
Galliumarsenid (GaAs) und die aufgewachsene Halbleiterschicht (2) aus Germanium bestehen.
7. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte (1) aus
Galliumphosphid (GaP) und die aufgewachsene Halbleiterschicht (2) aus Germanium bestehen.
8. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterplatte (1) aus Indiumphosphid (InP) und die aufgewachsene Halbleiterschicht
(2) aus Germanium bestehen.
9. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterplatte (1) aus
Aluminiumantimonid (AlSb) und die aufgewachsene Halbleiterschicht (2) aus Germanium bestehen.
10. Verfahren zur Herstellung eines Transistors nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß auf die Halbleiterplatte (1) die Halbleiterschicht (2) aufwachsen
lassen wird, deren spezifischer Widerstand groß gegen den spezifischen Widerstand der
Halbleiterplatte (1) ist, und daß in der aufgewachsenen Halbleiterschicht (2) durch Diffusion
eines Dotierungsmaterials entgegengesetzten Leitungstyps die Basiszone (3) erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (2) aufgedampft
wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |