DE1299077B - Semiconductor component with a pn junction exhibiting a tunnel effect - Google Patents
Semiconductor component with a pn junction exhibiting a tunnel effectInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement r ., Bei einem Halbleiterbauelement mit einem HaIbmit
einem einen Tunnel-Effekt aufweisenden pn- leiterkriställ aus Galliumarsenid, bei dem der pnübergang,
der durch Einlegieren einer einen Fremd- Übergang durch Einlegieren von Zinn gebildet ist,
stoff enthaltenden Metallelektrode in - oinen Halb- enthält das Zinn vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsleiterkristall
aus einer intermetallischen Verbindung 5 prozent Indium oder Indiumarsenid.
gebildet ist und eine bezüglich des maximalen Tunnel- Die Erfindung wird nun an Hand von Ausfühstromes
zeitlich stabile Strom-Spannungskennlinie rungsbeispielen näher erläutert,
besitzt. Für die Herstellung einer Tunneldiode wird einThe invention relates to a semiconductor component r ., In a semiconductor component with a Halbmit a tunnel-effect having a pn- conductor crystal made of gallium arsenide, in which the pn junction, which is formed by alloying a foreign transition by alloying tin, substance-containing metal electrode in The tin preferably contains 5 to 20 weight ladder crystals made of an intermetallic compound, 5 percent indium or indium arsenide.
is formed and one with respect to the maximum tunnel The invention will now be explained in more detail with reference to Ausfühstromes time-stable current-voltage characteristic approximately examples,
owns. A
Es sind Halbleiterbauelemente mit einem einen mit 3 · 1019 Zinkatomen je Kubikzentimeter dotierterThey are semiconductor components with a one doped with 3 · 10 19 zinc atoms per cubic centimeter
Tunnel-Effekt aufweisenden pn-übergang bekannt, ίο Galliumarsenidkristall verwendet. Durch EinlegierenTunnel effect exhibiting pn junction known, ίο gallium arsenide crystal used. By alloying
der durch Einlegieren einer Metallelektrode in einen einer Zinn-Indium-Legierung wird hierbei ein hetero-by alloying a metal electrode in a tin-indium alloy, a hetero-
Halbleiterkristall, beispielsweise einer Zinnelektrode, gener pn-übergang gebildet.Semiconductor crystal, for example a tin electrode, gener pn junction formed.
in Zink dotiertes Galliumarsenid gebildet wird (z. B. Der Indiumgehalt der Legierung beträgt 5 bis deutsche Auslegeschrift 1150 456). Der n-Bereich 20 Gewichtsprozent. Das Einlegieren geschieht in wird bei diesen Halbleiterbauelementen gebildet, die 15 einer Wasserstoffatmosphäre bei einer maximalen eine Donatordotierung aus der einlegierten Metall- Temperatur von 560 bis 620° C; dabei wird ein Teil elektrode enthält, wobei die Breite des verbotenen des Galliumarsenidkristalls in der Zinn-Indium-Energiebandes des η-Bereiches etwa der des p-Be- schmelze aufgelöst. Bei der anschließenden Abkühreiches gleich ist. Zur Erhöhung der Donatorkonzen- lung rekristallisiert die Schmelze. Die Zusammentration im rekristallisierten η-Bereich, die die Fre- ao setzung der rekristallisierten Schicht ist komplizierter quenzgrenze weiter nach oben verlagert, können dem als das Ausgangsmaterial, da im Kristallgitter ein Zinn einige Promille bis Prozent Ge, Si oder eines Teil der Galliumatome durch Indiumatome ersetzt der Elemente der "VT. Gruppe des periodischen Sy- werden. Somit stellt der η-Bereich des sich nach dem stems zugegeben werden. Einlegieren bildenden heterogenen pn-ÜbergangesGallium arsenide doped in zinc is formed (e.g. the indium content of the alloy is 5 to German interpretation document 1150 456). The n-range 20 percent by weight. Alloying takes place in is formed in these semiconductor components that 15 a hydrogen atmosphere at a maximum a donor doping from the alloyed metal temperature of 560 to 620 ° C; thereby becomes a part electrode contains, the width of the forbidden of the gallium arsenide crystal in the tin-indium energy band of the η range roughly that of the p-melt. During the subsequent cooling off is equal to. The melt recrystallizes to increase the donor concentration. The gathering in the recrystallized η range, the release of the recrystallized layer is more complicated The frequency limit shifted further upwards, can be used as the starting material, as in the crystal lattice Tin replaced a few parts per thousand to percent Ge, Si or some of the gallium atoms with indium atoms of the elements of the "VT. group of the periodic sy- become. Thus the η-area of the stems are admitted. Alloy forming heterogeneous pn junction
Der Nachteil solcher Halbleiterbauelemente besteht as ein Halbleitermaterial dar, das in bezug auf den
darin, daß der Maximalstrom der Tunneldiode bei Ausgangszustand (100 —jc)*/o Galliumatome, x°hInperiodischem
oder längere Zeit andauerndem Betrieb diumatome und 100% Arsenatome enthält. Dieses
auf dem Diffusionsabschnitt der Strom-Spannungs- Halbleitermaterial ist mit Zinn legiert,
kennlinie, d. n. derjenige Abschnitt der Kennlinie, in Die Breite des verbotenen Energiebandes für die
dem der Leitungsmechanismus der Halbleiterbau- 30 GaAs-InAs-Mischkristalle ist im Vergleich zur Breite
elemente durch Diffusion der Ladungsträger be- des verbotenen Bandes eines GaAs-Kristalls um so
stimmt ist, stetig abnimmt, daß also die Parameter geringer, je größer der InAs-Gehalt der rekristallider
Elemente instabil sind. Diese Änderungen sind sierten Schicht ist. Deshalb ist die Breite des verirreversibel
und um so stärker, je höher das Aus- botenen Bandes des η-Bereiches bei dem so erzeugten
gangsmaterial legiert ist. 35 heterogenen pn-übergang geringer als die desThe disadvantage of such semiconductor components is as a semiconductor material which, with respect to the, contains the maximum current of the tunnel diode in the initial state (100 -jc) * / o gallium atoms, x ° h inperiodic or long-term operation contains dium atoms and 100% arsenic atoms. This on the diffusion section of the current-voltage semiconductor material is alloyed with tin,
Characteristic curve, dn that section of the characteristic curve in which the conduction mechanism of the semiconductor components is all the more correct in comparison to the width elements due to the diffusion of the charge carriers in the forbidden band of a GaAs crystal is, decreases steadily, so that the parameters are lower, the greater the InAs content of the recrystalline elements are unstable. These changes are sated layer's. Therefore, the width of the is irreversible and the stronger the higher the offered band of the η-range is alloyed in the material produced in this way. 35 heterogeneous pn junction lower than that of the
Es sind zwar Tunneldioden aus einem p-leitenden p-Bereiches.It is true that they are tunnel diodes from a p-conducting p-area.
GalliumarsenidkristaUkörper bekannt, bei denen der Außerdem ist der p-Bereich wesentlich höher mitGalliumarsenidkristaUkörper known, in which the In addition, the p-range is significantly higher with
pn-übergang durch Aufschmelzen einer Zinnelek- Akzeptoren als der η-Bereich mit Donatoren dotiert,pn junction by melting a tin electrolyte as the η-area doped with donors,
trode entsteht, die η-leitendes, mit Schwefel dotiertes weshalb die Dichte des aus dem p-Bereich in dentrode arises, the η-conductive, doped with sulfur which is why the density of the from the p-area into the
Galliumarsenid enthält. Diese Tunneldioden, die im 40 η-Bereich diffundierenden DefektelektronenstromesContains gallium arsenide. These tunnel diodes, the hole current diffusing in the 40 η range
p- und im η-Bereich dasselbe Halbleitermaterial ent- stark ansteigt. Die Dichte des aus dem η-Bereich inp and in the η range the same semiconductor material increases significantly. The density of the from the η-range in
halten, weisen wohl eine erhöhte Stabilität der Strom- den p-Bereich diffundierenden Elektronenstromeshold, probably have an increased stability of the current - the p-area diffusing electron current
Spannungscharakteristik insbesondere im Bereich des nimmt entsprechend ab. Man erhält bei einer solchenThe voltage characteristic, especially in the area of, decreases accordingly. One receives such a
negativen Widerstandes bei Durchlaßströmen auf, die Tunneldiode die gleichen Diffusionsstromdichten wienegative resistance with forward currents, the tunnel diode has the same diffusion current densities as
den Spitzenstrom überschreiten, schließen jedoch 45 bei einer Tunneldiode mit homogenem pn-übergangexceed the peak current, however, close 45 in the case of a tunnel diode with a homogeneous pn junction
irreversible Veränderungen des pn-Überganges nicht jedoch bei geringeren Durchlaßvorspannungen,irreversible changes in the pn junction, but not with lower forward biases,
aus. Da die Kontaktpotentialdifferenz im pn-übergangthe end. Since the contact potential difference in the pn junction
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein praktisch unverändert bleibt, so behält er ein größeresThe invention is based on the object of a remains practically unchanged, so it retains a larger one
Halbleiterbauelement anzugeben, dessen Stabilität Bremsfeld beij das die Bewegung der Elektronen inSpecify a semiconductor component, the stability of which is the braking field in which the electrons move in
des Maximalstromes auch bei Dauerbetrieb auf dem 50 den p-Bereich und die Diffusion der Defektelektronenof the maximum current even with continuous operation on the p-area and the diffusion of the defect electrons
Diffusionsabschnitt der Strom-Spannungskennünie aus dem p-Bereich verhindert,Prevents the diffusion section of the current-voltage characteristic from the p-area,
stark vergrößert wird, indem irreversible Prozesse Wenn die einzulegierende Elektrode mit 5 bisis greatly increased by irreversible processes When the electrode to be alloyed with 5 to
weitgehend ausgeschlossen sind. 20 Gewichtsprozent Indiumarsenid dotiert ist, erhältare largely excluded. 20 percent by weight indium arsenide is doped, is obtained
Diese Ausgabe wird bei einem Halbleiterbau- man einen heterogenen pn-übergang derselben Strukelement
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß 55 tür und mit denselben Eigenschaften wie bei dem
dadurch gelöst, daß der mit dem metallischen Elek- Ausführungsbeispiel mit Indium,
trodenmaterial einlegierte Fremdstoff mit einer der Auf Galliumarsenid-Bäsis aufgebaute Tunnel-Komponenten
der intermetallischen Verbindung des dioden mit einem heterogenen pn-übergang, dessen
Halbleiterkristalls eine zweite halbleitende inter- η-Bereich aus Ga0-^InxAs zusammengesetzt ist,
metallische Verbindung mit einem dem der ersten 60 haben gegenüber den Tunneldioden mit einem homoVerbindung
entgegengesetzten Leitungstyp gebildet genen pn-übergang den Vorteil eines geringeren
hat, so daß ein heterogener pn-übergang vorliegt, Spannungsabfalls, der 850 bis 1100 mV anstatt der
und daß dabei die η-leitende Zone ein verbotenes gewöhnlichen 1100 bis 1250 mV erreicht, sowie eines
Energieband geringerer Breite aufweist als die geringeren Verhältnisses von Minimal- zu Maximalp-leitende
Zone. 65 strom /min/Zmax.In the case of a semiconductor structure, this output is achieved with a heterogeneous pn junction of the same structural element of the type mentioned at the beginning according to the invention and with the same properties as in the case of the fact that the one with the metallic elec-
Trode material alloyed foreign matter with one of the tunnel components built on gallium arsenide base of the intermetallic connection of the diode with a heterogeneous pn junction, the semiconductor crystal of which is a second semiconducting inter- η area composed of Ga 0- ^ In x As, metallic connection with one of the first 60 has the advantage of a lower pn junction than the tunnel diodes with a homo connection formed with a homo connection, so that there is a heterogeneous pn junction, voltage drop of 850 to 1100 mV instead of and that the η-conducting Zone reaches a forbidden ordinary 1100 to 1250 mV, as well as an energy band smaller in width than the lower ratio of minimum to maximum p-conducting zone. 65 current / min / Zmax.
Als mit dem metallischen Elektrodenmaterial ein- Da der schwächer dotierte η-Bereich eine gerinlegierter Fremdstoff ist vorteilhaft Indium oder gere Breite des verbotenen Energiebandes als der Indiumarsenid verwendet. p-Bereich aufweist, haben derartige TunneldiodenAs with the metallic electrode material, the less doped η-area is less alloyed Foreign matter is advantageously indium or wider than the forbidden energy band Indium arsenide used. Has p-region, have such tunnel diodes
darüber hinaus den Vorteil, daß sie einen Betrieb auf dem Diffusionsabschnitt der Strom-Spannungskennlinie bei gleichbleibenden Maximalstrom und bei einem Verhältnis des Arbeitsstromes zum Durchlaßvermögen des pn-Überganges von > 2 gestatten.moreover, the advantage that they operate on the diffusion section of the current-voltage characteristic with a constant maximum current and with a ratio of the working current to the permeability of the pn junction of> 2.
In Sonderfällen auftretende Abweichungen sind sehr gering. Dies ermöglicht die Benutzung solcher Bauelemente in der Rechentechnik bei hohen Frequenzen. Deviations occurring in special cases are very small. This enables the use of such Components in computing at high frequencies.
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| US3110849A (en) * | 1960-10-03 | 1963-11-12 | Gen Electric | Tunnel diode device |
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| DE1212222B (en) * | 1960-09-06 | 1966-03-10 | Western Electric Co | Semiconductor diode with a pn junction exhibiting a tunnel effect |
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1966
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