DE2356674C2 - Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper

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DE2356674C2 DE2356674A DE2356674A DE2356674C2 DE 2356674 C2 DE2356674 C2 DE 2356674C2 DE 2356674 A DE2356674 A DE 2356674A DE 2356674 A DE2356674 A DE 2356674A DE 2356674 C2 DE2356674 C2 DE 2356674C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit wenigstens einem an seiner Sene, fläche austretenden pn-Übergang. bei dem die Dotierung in der p-Zone (oder η-Zone) vom pn-übergang pjs kontinuierlich oder schrittweise zunimmt und bei d' τι wenigstens am Abschnitt der Seitenflache, an der jer pn-Übergang austritt, eine flächige Isolierscb" hl vorgesehen ist, die eine dauerhafte Flächenladung hat.
Dioden und Thyristoren, die für die Gleichrichtung hoher Spannungen verwendet werden, enthalten als spannungsempfangenden Abschnitt einen oder mehrere pn-Übergänge. Die maximal mögliche Grenzspannung
an den pn-Übcrgängen ist in der Praxis durch die Flächenstruktiir des einkristallinen Halbleiterkörper beschränkt, da Gitter! 'nrcgelmäßigkeiten und andere unerwünschte Eigenschaften des Kristalls sehr häufig an der Oberfläche entstehen. Darüber hinaus ist das elektrische Feld in der Nachbarschaft der Oberfläche häufig stärker als im Innern des Halbleiterkörpers, da der Wert der Dielektrizitätskonstanten des Halbleitermaterials und derjenige der Isolierschicht unterschiedlich sind und da auch unvorteilhafte Flächenladungen
fco auftreten. Der maximale Wen des elektrischen F ekies in der Sperrschicht tritt an der Oberfläche und unmittelbar unterhalb der Oberfläche auf. was von den Dotierungsbedingungen, deren Konzentration, der Flächenladung und der Polarität und schließlich von der Größe des Winkels abhängig ist, welcher von der Seitenfläche und der Ebene des pn-Übergangs eingeschlossen wird. Daher tritt ein Durchbrach allgemein an der Oberfläche des Halbleiterkörper oder unmittelbar unterhalb dies..-.
Um die Spannungs-Festigkeit in dieser Hinsicht zu verbessern, wurden bereits Versuche gemacht, den Halbleiterkörper in bekannter Weise derart zu schneiden, daß seine Seitenfläche an dem pn-Obergang einen schiefen Winkel mit der pn-Übergangsebene einschließt. Meistens liegen die Halbleiterkörper in der Form rotationssymmetrisciier Scheiben vor, wobei die schiefen Schnittflächen die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes haben. Der Winkelschnitt hat die Wirkung, daß die elektrische Feldstärke an der Oberfläche und unmittelbar unterhalb der Oberfläche reduziert wird. Die elektrische Feldstärke unterhalb der Oberfläche wird jedoch in einem geringeren Ausmaß reduziert als die elektrische Feldstärke auf der Oberfläche. Dies bedeutet, -daß sehr kleine Schnittwinkel erforderlich sind. d. h. ein Schnittwinkel zwischen der Ebene des pn-Obergangs und derjenigen der Seitenfläche, damit die Durchbruchsspannung einen Wert erreichen kann, der nahe der maximalen Durchbruchsspannung innerhalb des Halbleiterkörpers liegt und damit die Durchbruchsspannung auf diese Weise primär vom Feld unterhalb der Oberfläche abhängig wird. Die maximal mögliche Durcnbruchsspannung läßt sich in einer Diode erzielen, wenn der Durchbruch durch das elektrische Feld entlang der Symmetrielinie des Halbleiterkörpers gesteuert wird. In der Praxis wird die maximale Durchbruchsspannung erhalten, wenn die elektrische Feldstärke in der Sperrschicht nirgendwo diejenige in dem Volumen (entlang der Symmetrielinie des Halbleiterkörpers) überschreitet und wenn die elektrische Feldstärke an der Oberfläche um einen ausreichenden Betrag kleiner ist als in dem Volumen, solange man die niedrigere Durchbruchsspannung der Oberfläche betrachtet j5
Aus der DE-OS 20 51 400 ist ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art mit drei pn-Übergängen (Thyristor) bekannt, dessen Seiten- oder Mantelfläche im Bereich eines Übergangs gegenüber der Fläche des Übergarjs derart geneigt ist, daß der Querschnitt des Bauelements zur höher dotierten Zone hin abnimmt (sogenannte negative Abschrägung). Auf der negativ abgeschrägten Seitenfläche des Bauelements ist eine Isolierschicht aufgebracht, die eine Flächenladung hat. Diese Ladung hat eine Polarität, die der Polarität der Raumladur.g der geringer dotierten. Zone entgegengesetzt ist. und besitzt an der Seitenfläche nur eine einzige Polarität.
Aus der Literaturstelle »APPLIED PHYSICS LETTERS«, Band 19. 1971. V-. 11, Seiten 478 und 479 ist es bekannt, mittels Ionen-Implantation in einer auf einem Siliziumkö'per angeordneten SiOj-Schicht Flächenladungen zu erzeugen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement der eingangs definierten Art hinsichtlich seiner Durchbruchsspannung weiter zu verbessern.
Ausgehend von dem Halbleiterbauelement der eingangs definierten An wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen an der Seitenfläche der p-dotierten (η-dotierten) Zone des pn-Übergangs gelegenen Abschnitt der flächigen Isolierschicht, welcher eine dauerhafte negative (positive) Flächenladung relativ zu einem Abschnitt der flächigen Isolierschicht, der an der Seitenfläche der η-dotierten (p-dotierten) Zone des pn-Übergangs gelegen ist, aufweist.
Das Halbleiterbauelement nach der vorliegenden Erfindung weist eine beträchtlich erhöhte Durchbruchsspannung auf, und zwar verglichen mit den bekannten Halbleiterbauelementen. Darüber hinaus kann ein Halbleiterbauelement mit den Merkmaien nach der Erfindung mit einem kleineren schrägen Schnittwinkel als bekannte Halbleiterbauelemente hergestellt werden, und es besitzt dennoch die gleiche Durchbruchsspannung, was bedeutet, daß die Abmessungen eines Halbleiterbauelements mit Merkmalen nach der Erfindung kleiner sein können, als die Abmessungen eines Halbleiterbauelements bekannter Art mit der gleichen Durchbruchsspannung. Auch kann beispielsweise die Katodenzone vergrößert werden, ohne daß dadurch eine Erhöhung des Durchmessers des scheibenförmigen Halbleiterkörpers erforderlich wird, jedoch trotzdem die Durchbruchsspannung beibehalten wird.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 13.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführunfesbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine Die de mit einem bekannten Winkelschnitt wobei die Ausdehnung der Sperrschicht in gesperrtem Zustand angedeutet ist.
F i g. 2 und 3 die Ausdehnung der Sperrschicht in der gleiche1; Diode wie Fig. 1, wenn die flächige Isolierschicht positiv oder negativ geladen ist,
F i g. 4 die gleiche Diode, jedoch mit einer Ladungsverteilung der flächigen Isolierschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung.
F i g. 5 einen Thyristor als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig.6 und 8 vergrößerte Darstellungen eines vergleichbaren Ausführungsbeispiels.
Fig.7 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Oberflächenfeldstärke von der Flächenladung zeigt und
Fig.9 und 10 verschiedene Thyristoren mit unterschiedlichen Schnittwinkeln als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
F i g. 1 zeigt eine Siliziumdiode, die für die Gleichrichtung hoher Spannungen geeignet ist Die Diode ist rotationssymmetrisch und ist auf einen solchen Neigungswinkel zugeschnitten, daß jede Schnittfläche die Mantelfläche eines Kegelstumpfes bildet. Pie Diode besteht aus einer Zuleitung 1, einem Metallkontakt 2, beispielsweise aus Aluminium, einer Siliziumscheibe mit einer p-dotierten Zone 3 und einer η-dotierten Zone 4, einem Metallkontakt 5 und einer Zuleitung 6. Wenn der Diode in Rückwärtsrichtung eine positive Spannung zugeführt wird, so entsteht eine Sperrschicht, die aus einer Fläche 7 in de» p-dotierten Zone und einer Fläche 8 in der η-dotierten Zone besteht.
An der Seitenfläche der Siliziumscheibe 3,4 verläuft dis Sperrschicht 7, 8 in der gezeigten, nach oben zu gekrümmten Form, wie sie in F i g. 1 veranschaulicht ist. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß insgesamt an der Sperrschicht 7,8 des pn-Übergangs eine neutrale Zone der Ladung vorherrscht, wobei jede stabile negative Ladung (ionisierter Akzeptor) in der p-dotierten Zone 3 durch eine stabile positive Ladung (ionisierter Dcnor) in der n-dotierten Zone kompensiert wird. Als Folge des Winkelschnittes, wodurch eine große Anzahl von Potentialakzeptoren und dadurch mögliche negative Ladungen von der p-dotierten Zone an dem Seitenabschnitt der Siliziums"heibe 3,4 entfernt werden, verläuft die Sperrschicht in einer Krümmung oder Biegung nach oben, derart, daß die gleiche Anzahl von Ladungen wie in der positiven Fläche 8 auch in der Sperrschichtfläche
7 vorhanden ist. Als Folge hiervon verläuft auch die η-dotierte Zone 4 der Sperrschicht in einer Krümmung an der Seite nach oben, derart, daß eine etwas kleinere Anzahl von ionisierten Donatoren in dem Seitenabschnitt der Schicht enthalten ist.
Bei der praktischen Anwendung wird jedoch die p-dotierte Seite stärker dotiert als die η-dotierte Seite, wobei also die Konzentration, betrachtet in Richtung vom pn-Übergang zunimmt. In der p-dotierten Zone tritt daher die Sperrschicht in vergleichsweise hochdotiertes Material über und als Ergebnis hiervon ist die maximale elektrische Feldstärke groß und ist auf der hochdotierten p-Seite gelegen, während die maximale Feldstärke entlang der Symmetrielinie für die Halbleiterscheibe niedriger ist und beim Übergang gelegen ist, und zwar zwischen der p-dotierten Seite und der η-dotierten Seite. Gleichzeitig wird das Flächenfeld stark reduziert, da die Breite der Sperrschicht entlang der Seitenfläche größer ist als die Breite der Sperrschicht entlang der Symmetrielinie der Halbleiterscheibe. Es ergibt sich daraus, daß gerade das Feld unterhalb der Seitenfläche den Durchbruch steuert und daß die Größe der Durchbruchsspannung kleiner ist als die maximal mögliche Durchbruchsspannung der Diode.
In der Praxis wird die Situation durch die Tatsache kompliziert, daß die Seitenfläche getrennte elektrische Ladungen enthält, die in dem Übergang zwischen der Siliziumscheibe 3,4 und einer umgebenden Oxidschicht 9 (siehe Fig.2), innerhalb der Oxidschicht oder möglicherweise auf der Oxidschicht, in einer schützenden Schicht 10, welche die Oxidschicht abdeckt oder außerhalb dieser Schicht gelegen sind. Da diese Möglichkeiten im wesentlichen äquivalent sind, soli sich die folgende Beschreibung nur auf den Fall beschränken, bei welchem die Ladungen in der Oxidschicht gelegen sind.
Bei herkömmlichen Siliziumdioden ist diese Fiächenladung positiv und macht eine Kompensation in Form von festen negativen Ladungen in der p-dotierten Schicht erforderlich. Aus diesem Grund wird der Seitenabschnitt der Sperrschicht im Falle einer positiven Flächenladung noch stärker nach oben zu gebogen als im Falle der Dioden ohne Flächenladung (siehe F i g. 2). was bedeutet, daß die Sperrschicht in noch stärker dotiertes Material reicht, was zu einer weiteren Reduzierung der Durchbruchsspannung führt. Zusätzlich wird die nach oben verlaufende Biegung auch auf der η-dotierten Seite ausgeprägter als in dem Fall einer Diode, welche eine nichtgeladene Flächenschicht aufweist, eine Situation, die ebenso dazu beiträgt, daß die Durchbruchsspannung reduziert wird.
Wenn andererseits die Flächenladung negativ ist (siehe F i g. 3), wird der Seitenabschnitt der Sperrschicht auf der p-dotierten Seite nicht so stark ausgeprägt nach oben gebogen sein, wodurch der Wert der Durchbruchsspannung positiv beeinflußt wird. Damit jedoch eine negative Ladung eine merkliche Wirkung hat. muß sie in Anbetracht der vergleichsweise starken Dotiening in der p-Zone vergleichsweise stark sein. Eine solche starke Flächenladung würde auf der η-dotierten Seite mit der vergleichsweise schwachen Dotierung zu einer zu großen Wirkung führen, derart, daß bereits bei einer geringen Sperrspannung die Sperrschicht sich nach unten zu biegt, und zwar auf den unteren oder Bodenkontakt hin unter Bildung einer Kontaktverbindung.
Bei einer Diode nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (siehe Fig.4) ist die flächige Isolierschicht vom Gesichtspunkt der Ladung aus jeweils in zwei Abschnitte If und 12 aufgeteilt. Der Abschnitt 11. der außerhalb der p-dotierten Zone 3 der Siliziumscheibe gelegen ist, besitzt eine negative Ladung, die für die Sperrschicht der p-dotierten Zone insofern vorteilhaft und geeignet ist als dieser Abschnitt 7 der Sperrschicht sich nicht in Richtung der höheren Dotierung biegt und der Abschnitt 12, der außerhalb der η-dotierten Zone gelegen ist, besitzt eine positive ίο Ladung, die für die Sperrschicht der η-dotierten Zone insofern geeignet ist, als dieser Abschnitt 8 der Sperrschicht nicht zu stark zum unteren Kontakt oder Bodenkontakt 5 hin abgelenkt wird. Um eine günstigere Ausbreitung der Sperrschicht zu erzielen, erstreckt sich der negativ geladene Abschnitt der flächigen Isolierschicht in bevorzugter Weise etwas nach unten über die η-dotierte Zone, wo die flächige Isolierschicht dann schrittweise in einen Zustand positiver Ladung übergeht. Ein steiler Übergang würde hohe elektrische Felder erzeugen, was ungünstig ist. Die Sperrschicht auf der p-dotierten Seite reicht somit nicht in die hochdotierte Fläche hinein und auf der η-dotierten Seite erreicht sie nicht den unteren oder Bodenkontakt (oder einen anderen pn-übergang, ζ. B. in einem Thyristor. siehe F ι g. 5). Gleichzeitig ist die Breite der Sperrschicht entlang der Seitenfläche ausreichend groß, damit das Flächenfeld unterhalb des kritischen Werts reduziert wini. der der reduzierten Durchbruchsspannung der Fläche entspricht. Die Diode nach Fig.4 besitzt eine jo beträchtlich höhere Durchbruchspannung als Dioden, die unter Hinweis auf Fig. 1, 2 und 3 beschrieben wurden.
In Fig. 5 ist ein Thyristor veranschaulicht. Der Thyristor enthält eine Zuleitung 13, einen Metallkontakt 14. eine Siliziumscheibe mit einer η-dotierten Schicht 15. einer p-dotierten Schicht '6. einer η-dotierten Schicht Ϊ7 und einer p-uoiierten Si.rn.hi JS, einem mciaükontakt 19 und eine Zuleitung 20. Die Siliziumscheibe isi durch eine flächige Isolierschicht 21 abgedeckt. Der Steueranschluß wurde der Einfachheit halber weggelassen. Der Thyristor ist in der gleichen Weise wie die zuvor beschriebenen Dioden im Wi"kelschnitt ausgeführt und der zweite pn-ÜbergP-'g enthält einen Seitenabschniti. der geometrisch und elektrisch dem ■t5 Seitenabschnitt des pn-Übergangs der zuvor beschriebenen Dioden entspricht und es ist dieser pn-Übergang des Thyristors, welcher den Hauptteil der Spannung aufnimmt, wenn der Thyristor im Sinne der F i g. 5 nach oben zu Strom sperrt. Um genau wie bei den Dioden die nach oben verlaufende Biegung oder die zu stark ausgeprägten nach unten gerichteten Biegungen der Sperrschicht dieses pn-Übergangs am Seitenabschnitt der Siliziumscheibe zu beseitigen, ist die flächige Isolierschicht 21, vom Standpunkt der Ladung her betrachtet, in einem negativ geladenen Abschnitt 22, der sich an der Seitenfläche der p-dotierten Zone und über einen Abstand nach unten zu der hier angesprochenen η-dotierten Zone erstreckt, und einen positiv geladenen Abschnitt 23 aufgeteilt, de- außerhalb des im wesentlichen η-dotierten Bereiches gelegen ist. Die flächige Isolierschicht umfaßt auch eine Schicht 24. Die Ausdehnung der Sperrschicht entspricht daher der schematischen Darstellung gemäß F i g. 5.
Wenn der Thyristor entsprechend Fig.5 nach unten zu den Strom sperrt so nimmt der unterste pn-Ubergang den Hauptteil der Sperrspannung auf. Es sind jedoch die geometrischen Bedingungen an diesem
pn-Übergang unterschiedlich. Der Durchmesser der
p-doiierten Zone 18. relativ zur η-Zone 19 vergleichsweise höher dotiert, nimmt im Gegensatz zur p-Zone des zuvor beschriebenen pn-Übergangs zu, und zwar mit zunehmenden Abstand vom pn-Übergang und die vergleichsweise geringer dotierte η-Zone weist verglichen mit dem pn-übergang einen kleineren Durchmesser auf. Demzufolge biegt sich im Falle einer neutralen flächi£V'i Isolierschicht die Sperrschicht etwas nach oben, da sie jedoch in diesem Fall nicht in den höher dotierten Bereich hineingelangt (die geringer dotierte Seite, in diesem Fall die η-dotierte Seite weist gewöhnlich eine konstante Dotierung auf) fuhrt dies nicht zum Erzeugen eines hohen Feldes unterhalb der Seitenfläche. Darüber hinaus ist das Feld an der Seitenfläche stark reduziert, was von der Breite der Sperrschicht an der Seitenfläche abhängig ist. Diese Reduzierung des Feldes an der Seitenfläche ist ausreichend zu bewirken, daß eine leichte Konzentration positiver Ladungen, die zum Vermeiden eines Durchgriffs erforderlich sind, nicht zu einer kritischen Erhöhung des Feldes an der Seitenfläche führen. Zusätzlich ist der Schnittwinkel an diesem Seitenabschnitt auch beträchtlich größer als an dem pn-Übergang, der zuvor beschrieben wurde. Allgemeine Werte für die verschiedenen Schnittwinkel sind jeweils 45° und 1°.
Es besteht die Möglichkeit, die Oxidschicht, welche den Umfang der Siliziumscheibe umgibt, einem lonenbeschuß auszusetzen. Dies wird in bevorzugter Weise folgendermaßen durchgeführt:
Zur Sehst wird beiden Abschnitten der Oxidschicht, die außerhalb der p-dotierten Zone und die außerhalb der η-dotierten Zone gelegen sind, eine Ladung aufgedrückt, die für die η-dotierte Zone günstig ist, und zwar mit Hilfe ein'"· lonenbeschusses, Wärmebehandlung oder möglicherweise durch chemisches Ätzverfahren. Dann wird dem pn-Übergang eine vergleichsweise hohe Spannung zugeführt und der pn-übergang wird einem Beschüß von geladenen Ionen ausgesetzt, wobei dafür Sorge getragen wird, daß die η-Seite eine Spannung aufweist, durch die sichergestellt wird, daß die Ionen nicht alle oder nur in einem kleinen Ausmaß auf die flächige Isolierschicht auf der η-Seite aufschlagen. Der Beschüß wird fortgesetzt, bis der Flächenladungswert, der für die p-dotierte Seite günstig ist, im Abschnitt der flächigen Isolierschicht erreicht wird, die im wesentlichen außerhalb der p-dotierten Zone gelegen ist
Nach dem lonenbeschuß wird der Halbleiterkörper in bevorzugter Weise wärmebehandelt, um dadurch Strahlungsschäden und ähnliche Zerstörungen zu beseitigen und um die bestmögliche Ausführung des pn-Übergangs zu erzielen.
Im folgenden soll ein Beispiel mit Angabe exakter Werte beschrieben werden, in F i g. 5 ist im Detail die Ausdehnung der Sperrschicht am Rand eines pn-Übergangs in einem Halbleiterkörper veranschaulicht, der auf einen Winkel <x von 6° geschnitten ist Die p-dotierte Zone ist höher dotiert als die η-dotierte Zone, wobei man für diese Zone angenommen hat, daß sie eine Konzentration von 6 · tO13 cm-1 aufweist Es wurde somit ein Störstoff vom p-Typ mit einer Flächenkonzentration von 3 · 10'9Cm-1 in 90 μΐη diffundiert und ein weiterer Störstoff vom p-Typ mit einer Flächenkonzentration von 15 · IO16 cm-3 wurde in 100 μπι diffundiert Es wurde eine positive Flächenladung von 10i2cm~2 angenommen. Die Sperrschicht nahm dann, nachdem eine Spannung von 1640V, d.h. die maximale Grenzspannung, zugeführt wurde, den in F i g. 6 veranschaulichten Verlauf an. Die maximale Feldstärke wurde mit 217 kV/cm berechnet und wie sich aus Fi g. 6 ergibt, tritt diese an der nach oben verlaufenden Krümmung der Sperrschicht in dem p-dotierten Abschnitt auf. Die maximale Feldstärke innerhalb des Volumens, d. h. nahe der Symmetrieachse des Siliziumhalbleiterkörpers beträgt nur 149 kV/cm, was bedeutet, daß bei noch weiter erhöhter Sperrspannung ein
ίο Durchbruch nahe der Fläche auftritt. Demzufolge sind es die an der Fläche herrschenden Bedingungen, welche die Durchbruchsspannung des Halbleiterbauelements begrenzen.
Wenn die zuvor erwähnte Berechnung der Feldstär-
is ken der Sperrschicht für unterschiedliche Werte der Flächenladung durchgeführt wird, läßt sich ein Diagramm der in F i g. 7 gezeigten Art auftragen. Dieses Diagramm zeigt die maximale Feldstärke Emax in der p- dotierten Zone als Funktion der Konzentration der Flächenladung, wobei die berechneten Werte der positiven und negativen Flächenladungen jeweils als Punkte und Kreuze markiert sind. Das Diagramm enthält auch eine strichlierte Linie, welche die maximale Feldstärke in dem Volumen anzeigt, d. h. 149 kV/cm.
Aus dem Diagramm ergibt sich, daß nur die positive Flächenladung die Situation verschlechtert, während die Feldstärkenkurve, die die negative Flächenladung anzeigt, die Linie entsprechend den 149 kV/cm bei einem Wert der Flächenladung von ca. 10l2cm-7
]o schneidet Eine negative Flächenladung, welche 10l2cm-2 überschreitet führt daher zu einer kleineren maximalen Feldstärke auf oder unmittelbar unterhalb der Oberfläche als im Innern des Halbleiterkörpers. Dies ist wünschenswert und bedeutet, daß der Seitenabschnitt in diesem Fall die Durchbruchsspannung des Halbleiterbauelements nicht auf einen Wert beschränkt, der kleiner ist als der Wert, der innerhalb der Siiiziümscheibc vorherrscht Fig.8 zeigt den Verlauf der Sperrschicht für den gleichen Halbleiterkörper wie in Fig.6, jedoch mit einer negativen Flächenladung von 1012 cm~2 außerhalb der p-dotierten Zone und über einen Bereich, der der maximalen Ausdehnung der Grenzschicht nach unten zu über die η-dotierte Zone entspricht und bei einer positiven Flächenladung von 1012Cm-2 außerhalb des verbleibenden Teils der η-dotierten Zone. Die maximale Feldstärke ist in diesem Fall auf 150 kV/cm geschätzt und sie tritt unmittelbar unterhalb der Fläche der Siliziumscheibe auf. Durch diese Anordnung wird nun
so erreicht daß die Durchbruchsspannung an der Oberfläche nahezu die gleiche wie im Innern des Halbleiterkörpers ist so daß diese durch die an der Oberfläche vorherrschenden Bedingungen nicht nennenswert eingeschränkt wird. In den Fig.9 und 10 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht bei denen nicht nur die Durchbruchsspannung erhöht ist sondern auch die Kathodenfläche für eine gegebene Größe der Halbleiterscheibe vergrößert ist F i g. 9 zeigt somit einen Winkelschnitt-Halbleiterkörper, der keinen Brechungswinkel im Schnitt aufweist und F i g. 10 veranschaulicht einen Halbleiterkörper mit einem vollständig geraden Seitenabschnitt wobei beide spannungsempfangenden pn-Übergänge, welche in diesem Fall an den Seitenabschnitten geometrisch!
identisch sind, mit einer flächigen Isolierschicht ausgestattet sind, die eine Ladungsverteilung mit einem weiteren negativ geladenen Abschnitt 25 aufweist Im übrigen sind in den Fig.9 und 10 die gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 5 für entsprechende Einzelheiten verwendet.
Der Übergang zwischen negativer und positiver Flächenladung ist nicht auf die maximale Ausdehnung des Sperrbereiches fixiert, sondern, kann unterschiedlich gelegen sein. Die beschriebene Ladungsverteilung läßt sich auch bei Halbleiterkörpern verwirklichen, die in anderer Weise als die zuvor erläuterten Halbleiterkörper im Winkel geschnitten sind, und sie kann auch auf mehrere pn-Übergänge in dem gleichen Halbleiterkörper zur Anwendung gelangen. Es ist nicht erforderlich, daß die verschiedenen geladenen Auschnitte der flächigen Isolierschicht aus einem positiven und einem negativen Abschnitt bestehen, sondern es können auch beide positiv oder negativ sein, wobei die positiven und negativen Ladungen eine unterschiedliche Größe haben können. Unter der Bezeichnung »Flächenladung« soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, daß die Ladung innerhalb der flächigen Isolierschicht, zwischen dieser Schicht und dem eigentlichen Halbleiterbauelement oder zwischen der flächigen Isolierschicht und der umgebenden Atmosphäre verteilt sein kann.
Anstelle von Silizium können auch andere Halbleitermaterialien verwendet werden. Die Isolierschicht kann, um eine sich ändernde Flächenladung zu erhalten, aus Substanzen Gestehen, die in dieser Hinsicht spezielle Eigenschaften aufweisen, beispielsweise Siliziumnitrit, welches durch thermische Zersetzung von Silan in einer Ammonium- und/oder Stickstoffgasatmosphäre, die bekanntlich positive Ladungen enthält, und Aluminiumoxid, welches auf ähnliche Weise aufgebracht wird und negative Ladungen enthält. Die Schicht kann auch mit Hilfe des sogenannten Kathodenzerstäubungsverfahrens aufgebracht werden Es ist ebenso möglich, die
ίο Schicht mit Hilfe der Elektrolyse aufzubringen. Während des Ionenbeschu5ses können Ionen zur Dotierung in den Halbleiter implantiert werden, und zwar unmittelbar unterhalb der Oberfläche, wodurch eine dünne Schicht dotierten Materials erhalten wird, die vom p- oder η-Typ sein kann, was von der Wahl der Art der verwendeten Ionen abhängig ist.
Schließlich sei noch hervorgehoben, daü die Halbleiterbauelemente auch die Komplemente der zuvor beschriebenen Halbleiterbauelemente sein körincn. ü. \\.
wenn η anstelle von ρ triu und ρ an die Stelle von η tritt und positiv an die Stelle von negativ und negativ an die Stelle von positiv triu, was die Ladung der dotienen Schichten und derjenigen der flächigen Isolierschicht betrifft.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit wenigstens einem an seiner Seitenfläche austretenden pn-Obergang, bei dem die Dotierung in der p-Zone (oder η-Zone) vom pn-Obergang aus kontinuierlich oder schrittweise zunimmt und bei dem wenigstens am Abschnitt der Seitenfläche, an der der pn-Obergang austritt, eine flächige Isolierschicht vorgesehen ist die eine dauerhafte Flächenladung hat, gekennzeichnet durch einen an der Seitenfläche der p-dotierten (η-dotierten) Zone (3, 16) des pn-Übergangs gelegenen Abschnitt (11, 22) der flächigen Isolierschicht (9, 21), welcher eine dauerhafte negative (positive) Flächenladung relativ zu einem Abschnitt (12,23) der flächigen Isolierschicht (9,21), der an der Seitenfläche der η-dotierten (p-dotierten) Zone/<». 17) des pn-Übergangs gelegen ist, aufweist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (U, 22) der Hächigen Isolierschicht, der an der Seitenfläche der p-dotierten (η-dotierten) Zone (3, 16) des pn-Übergangs gelegen ist. eine negative (positive) Flächenladung und der Abschnitt (12, 23) der flächigen Isolierschicht, welcher wi der Seitenfläche der η-dotierten (p-dotierten) Zone (4, 11) des pn-Übergangs gelegen ist. eine positive (negative) Ladung aufweist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch I. dadurch geKennzeichnet. daß beide Abschnitte der flächigen Isoliersc "licht eii.e negative Flächenladung besitzen.
4. Halbleiterbauelemens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Abschnitte der flächigen Isolierschicht eine positive Flächenladung besitzen.
5. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen den zwei Abschnitten (11, 22; 12, 23) der flächigen Isolierschicht, die unterschiedliche Flächenladungen aufweisen, allmählich und nicht plötzlich verläuft.
6. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen den zwei Abschnitten (11, 22; 12, 23) der flächigen Isolierschicht mit unterschiedlichen Flächenladungen über der η-dotierten (p-dotierten) Zone (4, (1) des pn-Übergangs gelegen ist.
7. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenladung bei dem Übergang zwischen der flachigen Isolierschicht (9, 21) und dem eigentlichen Halbleitermaterial (3,16; 4, 19) gelegen ist.
8. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenladung innerhalb der flächigen Isolierschicht (9,21) gelegen ist.
9. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenladung an der Außenfläche der flächigen Isolierschicht (9,21) gelegen ist.
10. Halbleiterbauelement nach Ansprüche, bei welchem die flächige Isolierschicht aus einer elektrischen Isolationsschicht, bevorzugt einem Oxid, und aus einer Schicht aus einem mechanisch isolierendem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenladungen im wesentlichen am Übergang zwischen den zwei Schichten (9, 21; 10,24) gelegen sind.
11. Halbleiterbauelement nach Anspruchs, bei welchem die flächige Isolierschicht aus einer elektrischen Isolierschicht, bevorzugterweise einem Oxid, und einer Schicht aus einem mechanisch, jedoch ebenso elektrisch isolierendem Material
ίο besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenladungen in der Schicht (10, 24) gelegen sind, welche aus dem mechanisch isolierendem Material besteht. 12. Halbleiterbauelement nach Ansprüche, bei welchem die flächige Isolierschicht aus einer elektrischen Isolierschicht, bevorzugt einem Oxid, und einer Schicht aus einem mechanisch isolierendem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenladungen in der elektrischen Isolierschicht (9,21) gelegen sind.
13. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, mit mehreren aufeinanderfolgenden pn-Übergängen. wie beispielsweise bei einem Thyristor, und mit in bekannter Weise winkelig geschnittener Seitenfläehe. dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Abschnitte 'jer flächigen Isolierschicht an dem pn-übergang gelegen sind, welcher den Hauptteil der Sperrspannung aufnimmt und daß dieser geometrisch so gelegen ist. daß die p-Zone oder η-Zone mit der stärksten Dotierung eine Querschnittsfläche aufweist, die vom pn-übergang aus abnimmt.
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