DE1564789C3 - Spannungsabhängiger Halbleiterkondensator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen spannungsabhängigen Halbleiterkondensator mit wenigstens einem, in Sperrichtung betriebenen pn-Übergang in Mesastruktur.

Es ist bekannt, die spannungsabhängige, in der Raumladungszone eines pn-Übergangs lokalisierte Kapazität als steuerbaren Kondensator auszunutzen. Für die Anwendung solcher Kondensatoren, beispielsweise in Hochfrequenz-Tunern oder parametrischen Verstärkern, ist eine starke Abhängigkeit der Kapazität von der angelegten Spannung erwünscht.

Zur Vergrößerung der Spannungsabhängigkeit wurde bei aus der DT-AS 10 75 745 bekannten spannungsabhängigen Kondensatoren der genannten Art das Gebiet des Halbleiterkörpers, in dem der pn-Übergang mit seiner Raumladungszone lokalisiert ist, geometrisch so ausgebildet, daß die Raumladungszone bei Anwachsen der anliegenden Spannung in ein Gebiet geringeren Querschnitts hineinatmet. Da die Kapazität von in Sperrichtung betriebenen pn-Übergängen mit wachsender Sperrspannung abnimmt — dies ist eine Gesetzmäßigkeit, welche für die Kapazität eines pn-Übergangs grundsätzlich gilt —, ergibt sich durch die Abnahme des Querschnitts eine weitere Kapazitätsverringerung. Das läßt sich anschaulich so erklären, daß man für den pn-Übergang ein Plattenkondensator-Modell zugrundelegt, so daß sich also durch Verringerung des Querschnitts des Gebiets der Raumladungszone eine Verkleinerung der »Plattenfläche« ergibt.

Bei einer Mesa-Diode ergibt sich nun an sich eine derartige Querschnittsverminderung wenigstens für eine Seite des pn-Übergangs von selbst, da sich der Querschnitt des Mesaberges nach oben verringert. Soll jedoch bei einer solchen Diode die Spannungsabhängigkeit der Kapazität groß gemacht werden, so muß der Anstiegswinkel des Mesaberges klein gemacht werden. Eine quantitative Abschätzung dieses Problems ergibt beispielsweise für einen Mesaberg-Durchmesser von 200 μίτι bei einer Neigung des Flankenwinkels von nur 9° eine Verstärkung der Spannungsabhängigkeit gegenüber einem rein zylinderförmigen Bahngebiet um den Faktor 2. Dabei sind die in der Praxis vorkommenden Größen eines Ausdehnungsbereiches der Raumladungszone von 6 μηι bei einer Variation der Spannung von —2 auf -60 V vorausgesetzt.

Der Herstellung von Mesa-Dioden mit kleinen Anstiegswinkeln des Mesaberges stehen jedoch technologische Schwierigkeiten entgegen, weil nämlich die Ätzung solcher Strukturen kaum möglich ist.

. . Weiterhin ist ^durch. das deutsche Patent 12 92 253 bereits eine Halbleiteranordnung mit einem pn-Übergang vorgeschlagen worden, bei der der Halbleiterkörper zur Erhöhung der Spannungsabhängigkeit der Sperrschichtkapazität im Bereich der Raumladungszone des Übergangs eine solche Querschnittsänderung aufweist, daß sich beim spannungsabhängigen Verschieben der Sperrschicht eine Änderung der Sperrschichtfläche ergibt.

Dabei ist auf der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers eine sperrende Elektrode und auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite eine nichtsperrende Elektrode angeordnet, wobei eine keilförmige Nut mit ihrem sich verjüngenden Teil zur sperrenden Elektrode weisend in den Halbleiter eingebracht ist.

Ein derartiger Aufbau entspricht hinsichtlich des Einflusses auf die Spannungsabhängigkeit der Sperrschichtkapzität der oben diskutierten Mesa-Diode mit dem Unterschied, daß bei der Mesa-Diode die geneigten, die Sperrschichtfläche verringernden Flächen gegenläufig zu den Keilflächen geneigt sind. Hier gilt ebenso wie bei der Mesa-Diode, daß der Flankenwinkel bzw. Anstiegswinkel klein sein muß, um die Spannungsabhängigkeit der Kapazität groß zu machen. Entsprechend ergeben sich dabei die gleichen technologischen Schwierigkeiten bei der Herstellung.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen spannungsabhängigen Halbleiterkondensator mit großer Spannungsabhängigkeit der Kapazität anzugeben.

Bei einem spannungsabhängigen Halbleiterkondensator der eingangs genannten Art ist daher gemäß der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß eine Aufteilung des den pn-Übergang enthaltenden Mesaberges in eine Vielzahl von kleineren Mesabergen vorgenommen ist und daß die in den Einzelmesabergen lokalisierten, durch die jeweiligen pn-Übergänge gebildeten Dioden parallel geschaltet sind.

Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Halbleiterkörper, welcher aus einem Substrat 11 besteht, auf das, beispielsweise epitaktisch, eine Schicht 12 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufgebracht ist, so daß der pn-Übergang 13 entsteht. Die Verteilung des Leitfähigkeitstyps ist dabei so gewählt, daß das Substrat 11 p⁺-leitend und die Schicht 12 η-leitend ist. Unter p+-Dotierung soll dabei verstanden werden, daß die Leitfähigkeit der Schicht 11 so groß gegen die Leitfähigkeit der η-dotierten Schicht 12 ist, daß die | Raumladungszone des pn-Übergangs 13 praktisch ausschließlich auf die Schicht 12 beschränkt ist.

Fig. 2 zeigt, wie aus einem Halbleiterkörper nach Fig. 1 der spannungsabhängige Halbleiterkondensator entsteht. Durch Ätzen des Halbleiterkörpers nach Fig. 1 entstehen einzelne Mesaberge, welche aus dem Substrat 21 — im vorliegenden Fall p ⁺ -leitend — und aus den n-Ieitenden Schichten 22 gebildet werden. Jeder einzelne Mesaberg weist dabei einen pn-Übergang 23 auf. Die gesamte Anordnung wird kontaktiert, indem die Substratschicht 21 mit einer Elektrode 24 und einer Zuleitung 27 und die einzelnen Mesaberge mit Elektroden 25 versehen werden. Die Mesaberge werden mittels an den Elektroden in geeigneter Weise angebrachten Leitungen 26 parallel geschaltet, wobei

eine einzelne Zuleitung 28 vom Bauelement nach außen führt.

Bei einer derartigen Anordnung variiert nun bei Ausdehnung der Raumladung die Fläche gleichmäßig in allen kleinen Mesabergen und in Summe ist daher eine erheblich größere Flächenvariation möglich. Ein Vergleich mit dem oben angeführten numerischen Beispiel ergibt, daß die gleiche Fläche zu erreichen ist, wenn eine Aufteilung des ursprünglichen Mesaberges von 200 μΐη Durchmesser auf beispielsweise 25 parallelgeschaltete kleine Mesaberge mit einem Durchmesser von je 40 μΐη vorgenommen wird. Dabei nimmt die Fläche um 40% ab, was sich in einer ebenso großen zusätzlichen Kapazitätsvariation bemerkbar macht. Legt man einen Anstiegswinkel der einzelnen kleinen Mesaberge von 60° zugrunde und nimmt man zum Vergleich im obengenannten Beispiel einen Anstiegswinkel von 60° für einen einzigen Mesaberg an, so beträgt bei einem Durchmesser von 200 μπι die Flächenabnahme für einen Halbleiterkondensator mit einem einzigen Mesaberg lediglich 6%.

Durch den Halbleiterkondensator nach der Erfindung wird dabei gegenüber einer bekannten Anordnung ein erheblicher Vorteil erzielt. Es sei bemerkt, daß das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel lediglich schematischen Charakter besitzt. Auch bei dem Halbleiterkondensator gemäß der Erfindung ist es im Hinblick auf die Verluste günstig, daß nicht, wie üblicherweise bei Mesa-Dioden, das hochdotierte Gebiet im oberen Teil des Mesaberges und das niedrigdotierte, in das die Raumladungszone hineinatmet, im unteren Teil liegt. Dies ist durch verschiedene Technologie, z. B. n-Epitaxie auf p⁺-Substratscheiben oder durch geeignete Diffusionen auf der Vorder- und Rückseite eines Kristallplättchens möglich. Die Dotierung der Mesaberge ist so auszuführen, daß der niedriger dotierte Bereich in dem oberen Teil der Mesaberge zu liegen kommt, wie dies aus der eingangs genannten DT-AS 10 75 745 bereits bekannt ist. Die Kontaktierung der Mesaberge kann z. B. mit einer Folie, die durch Thermokompression oder durch Löten mit den einzelnen Mesabergen verbunden ist, erfolgen, oder aber durch Oxydation der gesamten Oberfläche, Aussparung von Kontaktfenstern auf den einzelnen Mesabergen, z. B. durch Photolack-Verfahren und Bedampfung der gesamten Oberfläche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spannungsabhängiger Halbleiterkondensator aus einem Halbleiterkörper mit wenigstens einem, in Sperrichtung betriebenen pn-Übergang in Mesastruktur, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von den pn-Übergang enthaltenden Mesabergen und durch eine elektrische Parallelschaltung der in den Einzelmesabergen lokalisierten Übergänge.

2. Halbleiterkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Zonen im oberen Teil der einzelnen Mesaberge gegenüber den Zonen entgegengesetzten Leitungstyps im unteren Teil der Mesaberge gering dotiert sind.

3. Halbleiterkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdotierten Zonen p-Leitungstyp besitzen.