DE1464679A1 - Doppelhalbleiterelement mit einem Esaki-UEbergang und einem parallelgeschalteten gleichrichtenden UEbergang - Google Patents

Doppelhalbleiterelement mit einem Esaki-UEbergang und einem parallelgeschalteten gleichrichtenden UEbergang

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DE1464679A1 DE19621464679 DE1464679A DE1464679A1 DE 1464679 A1 DE1464679 A1 DE 1464679A1 DE 19621464679 DE19621464679 DE 19621464679 DE 1464679 A DE1464679 A DE 1464679A DE 1464679 A1 DE1464679 A1 DE 1464679A1
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Description

Doppelhalbleitoroleiuent mit einen f-saJci-übortfang und einem paralleles ehalte ten glcichri oh tendon Übergang .
Die vorliegende Erfindung betrifft «in Doppe lhalblciterbauelesttft· mit ei non Esaki-ilbergang und einom parallolgoaohalteton flti den übergang.
Daa Bauelement weist demnach einzelne schichtweise aufeinander füllende Bereiche verschiedenen Halbleiters* terials auf« wetofl auf der Oberfläche» dioser Sohichtfolge senkrecht zu den v·* diesen gebildeten Uberganfiftflachen ein· weitere diese Schichten tellwoise Ubordeokende Halbleiterschioht aufeebracht ist.
Bei Kris talld loden wird oft aus schaltteonnlsohen Gründen sine geringe Kapazität gefordert. Insbesondere 1st für Tunneldioden als OiIte faktor das Verhältnis Ij/C sebrluohllch, wobei C dl· Kapazität der Diode und I das Strocoaxlaiu« bedeutet» welches sich 1« Stro*-»
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SparmunGOdlagranm der Tunneldiode iu»mittelbar vor Beginn rt«i» tlven Widerstands bore lohes einstellt. Aueeer zur Erreichung hoher Schaltcaschwindigkolten, wird bei Tunneldioden auch oft zum Zwecke olncs boßrenzten Energiebedarfes ein geringer Haxinaletree I verlangt. Diese i-'ordoruncon können durch 3}jorroohlohten hinreichend kleiner Fläohonausdohnung orfUllt worden, die etwa Xn dor Grwason-Ordnung von 6,2 * 10 ^ mm2 und darunter liegen. Ee liegt auf der Hand, das bei Ilen teilung von Sperrschichten derart geringer Abmessungon ohne Verwendung von besonders auf diese Tatsache apfeatlmaton Herstellungsverfahren bxw. ohne geeignet gcwgfelt· Dioden- ^ struktur meohanisuh ausserordentlioh zerbrochllohe Halbleiterfebllde zu erwarten sind. Von bosanderer Bedoutuns worden sich auch OberflUoheneffekte erweisen« die bekanntlieh schwer zu beherrsch*» sind und in wesentlichen auf die OberfULohenrekoebinatlon der Ladungsträger 2urUck*ufUhren sind·
Den Ualbleltertcohnlkern ist bereits die Tatsache bekannt, dafl sich duroh Kostblnatlon (z.B. durch Parallelsohalton von Teilgebieten des integralen HalbleitcrkUrpers) von Eigenschaften verschiedener Gebiets eines integralen heterogenen ader hetoroepltaktischen HaIbloltorkurpers neue« Innerhalb der einzelnen Kristall-Oebiet· allein nicht realisierbare Eigenschaften erzielen lassen·
Das auf diesem Prinzip beruhend· Doppelhalbleiterbauele»ent der vorliegenden Erfindung let daduroh gekennzeichnet, deJ auf eine« UoIblelterkttrper mit einer entartet dotierten alt tieren Zone und alt der Zonenfolge ijn ^Ji oder χΓαϊνΓ eine weitere entartete p* Zene senkrecht zu den Ubergangsfllionen des Halbleiterkörper β so angebracht i 1st, daß sie mit der mittleren entartet dotierten Zone einen fsakl-Ubergang und mit den beiden »na&rmn Zonen einen glslohrlohtonden übergang bildet, und daO die entartet dotierte mittlere Zone des !!•iblelterkoTpers sehr viel dünner als die beiden anderen Zonen 1st.
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Dor Halbleiterkörper geaäfi der Erfindung xciolmot sich dadurch boaaaders au*« daft er trots Hustierst geringer Flachonauedetuaing dor wirksamen Sperrsohleht aeohanlaeh umapflndlloh ist uiil uiier· wUnaehto Oberflächeneffekt weitgehend vermieden worden.
Die Krfladuae wird nachstehend alt Hilf· der Zeichnungen an Hand* elnea AuiifUhrungsbelspdels nlher er Muter ti
Flg. 1 Mist «in· perapektlvlaobe Darstellung ein·· Ausführung··» Fig· la stellt einen Querschnitt as «er in Fig. 1
»el ohne ten Stell· dart '
Flg. Ib liefert ein· rergrusserte Ansieht dor Fig. 1 ana
deutlieh den Verlauf dor aktiven Sperrsohleht. t.
Flg. 2 aelgt sehlleslloh ein Stroa-nninnnngadUgreina» wobei der
Anteil dor dperreohleht alt noramlea und alt tunatletia*. rakter getrennt sowie deren überlagerung sur Oosaat· eharakterlstlk der Diode dargestellt 1st. φΚ
Xn den Figuren I9 la und Ib bedeutet 1 eine BäueleaentenetrukteT 1^ alt den drei erbieten e, ^ und 4. Das 0' biet 2 besteht au* «iota ., , ' Ualblelteremterial hohen epeslfUohen Widerstände· la wo«entUiBOtfV '.
also au· eigentleltendea Material, β.B. aus eleenleltende·) nlua. Da· Material darf auch atringfilgige ferunrelnigang besitsen« ^edooh soU der aposlflsoht widerstand hol Qeraaniua als aaterial die annsewirdiiing 50 £Uoa nieht wesentiioh übersehfiiaa.
Fortsetzung entspreehend der Eingabe toa 12. Nov. 1962·
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Irgend einen anderen In der Halbleitertechnik bekannten Arbeltsvorgang hergestellt werden, z. B. duroh Züchtung der Schicht 3 aus der Dampfphase heraus. Es sei darauf hingewiesen« daß die Crenzfläohe zwlsohen Gebiet 2 und 3 nicht notwendigerweise eine Parallelebene sein muß, wie es In den Figuren dargestellt 1st. Das sich an den Bereich 3 anschließende Oeblet besteht In gleloher Welse wie das Gebiet 2 aus < im wesentlichen eigenleitenden Halbleitermaterial und kann beispielsweise durch Züchtung aus der Dampfphase heraus auf das Gebiet 3 aufgebracht werden.
Andererseits kann auch das Halbleitergebilde der Flg. 1 aus einem einzigen eigenleitendem HalbleiterplHttohen gebildet werden« indem man das Gebiet 3 duroh Eindiffusion von Dotieciingematerlal In das Auagangsmaterial erzeugt. Dies empfiehlt sioh besonders dann« wenn sich im Auegangekristall Innerhalb eines sohmalen Oebietes Versetzungen oder Komgronzen befinden.
Weiterhin wird auf die Oberfläche der Kristallstruktur mit den Gebieten 2, 3 und 4 ein weiteres Oeblet 6 aus entartetem Halbleitermaterial vom p-Leltfählgkeltstypus aufgebracht« was z. B. mittels der bekannten Legierungateohnik geaohehen kann. Hierzu bringt man auf. die Oberfläche der Kristallstruktur 2, 3· 4 eine geeignete Menge des mit 5 bezeichneten Dotierungsmaterials, z. B. OaIHum. Bel der nun folgenden Erhitzung« die speziell bei einer Germaniumunterlage bis zu einer Temperatur von etwa 500°C durchzuführen ist« sohmilzt ein Teil der Oberfläche der Struktur 2, 3» 4 unter Vermengung mit dem aufgebrachten Dotierungsmaterial. Bei Abkühlung der Halbleiterkombination entsteht duroh Rekristallisation das Akzeptoren enthaltende Gebist 6. Wegen der hoben Konsentration des als Dotierungsmaterial benutzten Galliums 1st das Halbleitermaterial des Gebietes 6 entartet. Der aktive Bereich des in den Zeichnungen dargestellten Ualbleltergeb/ildes mit der Eigenschaft einer Tunneleperrsohloht besteht aus denjenigen Teilen der Gebiet· 3 und 6, welohe einander berühren. Das Gebiet 3 1st entartet vom
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Leitfähigkeitstyp η« das Oeblet 6 dagegen entartet vom Leltfählg-
keitstyp p, was in den Zeichnungen mit n* und p+ angedeutet ist.
Die Lage der Sperrschicht mit Tunneldiodencharakter sind aus der Flg. 1b ereichtlloh. Dort bedeutet b den sohräg in die Tiefe des Kristalls weisenden Teil der Tunnelsperrsohloht, während der
innerhalb des Kristalle liegende« zur Oberfläche parallele Teil der Sperrschicht mit ο bezeichnet let. Vie man weiterhin der
Flg. 1b entnimmt« beträgt die Cesamtflache F der Tunnelsperrschloht F - a(o ♦ 2b) und der Cesamtumfang U der Sperrschicht U · 2a ♦ 4b *2e» Demgemäß liegt die wirksame Tunnelsperrschicht entlang eines
sohr sohmalen Streifens« welcher derart in den OeeamtWrietallkörper ^
eingebettet ist« dad sieh nur ein sehr geringer Teil der wirksamen "
Sperrschicht an der Kriatalloberfläohe befindet. Die Länge der
eingebetteten« nicht an der Oberfläohe liegenden Sohioht beträgt 2b ♦ o, wobei ο » b, während der an der KrIβtalloberfläohe liegende
Teil der Schioht dl· Ausdehnung a entsprechend der Dioke der
entarteten Sehloht 3 besltst mit b > a. Die Länge von 2b ♦ ο beträgt etwa 5 · 1O~2 «m, a etwa 0,12 · 10"* mm, womit aich eine wirk·«··
Sperreohlohtfliehe von 6,2 · 10*" mm ergibt·
Duroh einen Xtsvorgang wird nunmehr ein kürzerer Teil de· die wirksame Sohioht tragenden Streifen· beseitigt, woduroh sieh innerhalb gewisser Orenzen die Mugllohkelt ergibt, die Oröüe des Maximal· stromes X festzulegen. In der Fig· Ib ist der zu entfernende ^ Teil mit χ bezeichnet. VIe man aus der Fig· 2b eraleht« wird duroh den genannten Xtsvorgang da· Verhältnis a/ (2b ♦ o) nur geringfügig verändert» d. h. auch nach einer entsprechenden Verkleinerung der Längenabmeeeung dee die wirksame Sohioht tragenden Streifen· wird nur ein sehr geringer Teil dieser Schioht auf der Kristallober fläche liegen·
Die in Flg. 2 mit A bezeichnete Strom-Spannungaeharakterlatik entspricht dem Verhalten der bekannten Tunneldioden und kommt ah der Sperrsohioht der Berührungsfläche von Oeblet 3 und 6 zustande· Die mit B bezeichnete Kurve stellt den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung bei einer herkömmlichen Diode dar und kennzeichnet diejenige Sperrsohioht, welohe definiert 1st duroh die Berührung··
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. 6Neue Anmeldungsuiiterla,
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fläche des Gebietes 6 mit den Gebieten 2 und 4. Da aber nach Fig. die Gebiete 2, 3, 4 auf der Unterseite durch die die Zuleitung 9 tragende ohmsehe Kontaktplatte 8 und auf der Oberseite durch das p+ dotierte Gebiet mit Ableitung Über 5 und 10 paralIeI-geschaltet sind« überlagert sich die Charakteristik der Tunneldiode und diejenige der herkömmlichen Diode B zur Gesamtcharakterietik C in Fig. 2. Es läßt sich natUrlloh auch ein anderer Verlauf der Gesamtcharakterletik C bewerkstelligen. So kann man z. B. unter Ausnutzung der Abhängigkeit des Verlaufs der Charakteristik B vom spezifischen Widerstand und von der Lebensdauer des Stromträgere in dem die Tunnelsperrschicht umgebenden Halbleitermaterial die Lage des zu höheren Spannungswerten gehörigen Gebietes positiven Widerstandes in der Gesamtcharakteristik naoh höheren oder niedrigeren Spannungswerten zu verlegen.
Es liegt auf der Hand, daß bei der Herstellung des beschriebenen Integralen Halbleiterkörpers anstelle von Germanium und Arsen auch andere geeignete Halbleitermaterialien benutzt werden können. So sind auch Galliumarsenid oder schließlich auoh Legierungen oder Gemenge zweier Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid und Germanium bei der Herstellung der In den Zeichnungen gezeigten Halbleiterkonfiguration verwendbar.
Die Halbleiterstruktur der Fig. 1 läßt sich noch weiterhin dadurch modifizieren, daß man zwei oder mehr entartete Halbleiterschichten in eigenleitendes Halbleitermaterial einbettet. So kann man z. B. eine Serienanordnung zweier Tunneldioden erstellen, indem man dafür sorgt, daß die beiden eingebetteten entarteten Halbleiterschichten von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp sind und daß auf Ober- und Unterfläche des Halbleiterplättchens Legierungskontakte mit jeweils entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen aufgebracht werden; Versieht man Legierungs- und ohmschen Kontakt alt Zuleitungen und bringt man noch zusätzlich an jeder entarteten eingebetteten Sohloht eine LeitungszufUhrung nach außen an, so erhält man ein Halbleiterbauelement, wie sie ähnlich in der Mlkronodulteohnlk
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bekannt geworden sind und welche bereit· In logischen Schaltanordnungen al· Doppeldlode vorgeaehlagen wurden und sieh dort als nUttlich erwiesen.
• ■
Ka bedarf keiner besonderen Erwähnung« dad das genannte Herstellung·· verfahren nloht nur sur Herstellung iron Tunneldioden geeignet 1st« sondern auah sur Herstellung herkOavlloher Dioden mit Nutzen angewendet werden kann· wenn es besonders darauf ankonat, die Geeantfllohenausdehnung der Sperreehloht klein und das Verhältnis OesaatflKohe / Fliehe an dor Krlstalloberfllohe grog su halten.
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Claims (5)

Neue Anmeldungsunterlar U64679 Neue Patentansprfloho 1-5
1. Doppel-Halblelterbaueleaent alt elnea Esaki*übergong und einem parallel geschalteten gleichrichtenden übergang, dadurch gekennzeichnet, da· auf einem Halbleiterkörper alt einer entartet dotierten aittleren Zone und alt der Zonenfolge iln JIi odor n'nV eine «elter· entartet dotierte p*Zone aenkreoht zu den Übergang·- flächen des Halbleiterkörper· eo angebracht 1st, daJ βie alt der aittleren entartet dotierten Zone einen Eaakl-Übergang und alt den beiden anderen Zonen einen gleichrichtenden übergang bildet, und da· die entartet dotierte mittlere Zone de« Halbleiterkörper· sehr viel dünner ale die beiden anderen Zonen 1st.
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Anmeldungsunterlage;
2. Doppel-Halbleiterbaueleoent naoh Anspruch 1, dadurch gokonnzelehnet» daß die dotierte sdttlere Zone aus nit Arsen dotiertem n* Oermanlum« die beiden anderen Zonen aus elgenleltendea Oermanlum und die weitere entartet dotierte p* Zone aus Bit Oalllua dotierten p* Germanium besteht·
3· Doppe1-Halbleiterbaueleeent naeh Anspruch 1« dadurch gekennselohnet« dal die beiden anderen Zonen aus Oer· manlum bestehen« das so eehwaeh dotiert ist« dat der apeslflsone Widerstand einen Wert von 50 Λ cm nicht we »entlieh Uberatelgt.
4. Doppelhalbleiterbauelement naoh den Ansprüchen 1 bis 3« dadurch getotnnzelohnct» da· sua Zwecke der Verkleinerung der fcxemplarstreuung sowie sur Festlegung des Maxlaal· Stromes I. mittels eines atsvorgangee die Lunge de· die aktive Sperrsehiebt tragenden Streifens vermindert wird« derart« dal der an d«r JCrUtaXloberriache liegende Anteil der Sperrschicht auch MAm dem Xtsvorgang nur einen geringen Teil dor Oesamtaperrsehieht ama.
5. Doppelbalblelterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4>, daduroh gekennzeichnet, dal die FlKohenausmafle der wirk· eamen Sperrechioht von der OröSsBordnung von 6*2 · 10"^
ra und darunter sind· aAäaaä
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.-4O-Leerseite
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