DE2648404A1

DE2648404A1 - Strahlungsempfindliches halbleiter- bauelement

Info

Publication number: DE2648404A1
Application number: DE19762648404
Authority: DE
Inventors: Victor Albert Keith Temple
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1977-05-05
Also published as: US4047219A; SE416430B; DE2648404C2; JPS5267280A; SE7612137L; JPS5718713B2; CH611741A5

Description

Strahlungseinpfindliches Halbleiter-Bauelement

Die Erfindung betrifft allgemein Halbleiter-Bauelemente und besonders strahlungsempfindliche Halbleiter-Bauelemente. Insbesondere ist die Erfindung auf ein durch Licht getriggertes Thyristor-Bauelement gerichtet.

Es ist in steigendem Maße wichtiger geworden, Thyristor-Bauelemente für hohe Leistung ( hohe Spannung und hohe Stromstärke) zu schaffen. Bauelemente dieses Typs werden benötigt, -um eine Umschaltung von elektrischen Schaltungen mit hoher Spannung und hohen Stromstärken zu erreichen. In diesen Anwendungsfällen sind durch Licht getriggerte Bauelemente erwünscht, um einen hohen Grad der Isolation zwischen dem Bauelement und der Triggerschaltung zu schaffen. Es wurden bisher eine Anzahl von Lösungswegen und Bauelementen vorgeschlagen, um empfindliche durch Strahlung getriggerte Bauelemente zu erhalten.

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Beispielsweise Wird in der U.S.Patentschrift 3 893 153 ein Thyristor vorgeschlagen, der einen lichtempfindlichen Bereich und einen Thyristoraufbau mit einem verstärkenden Gate (Gitter, Zündelektrode) besitzt, um eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten. Es ist jedoch zu beachten, daß mit der dort angegebenen Struktur nur eine begrenzte Empfindlichkeit erzielt werden kann. Bekanntlich steht die Empfindlichkeit der Gate-Zone eines Thyristors in Beziehung zu der Geometrie und in einem Halbleiter-Bauelement gemäß der Beschreibung der vorgenannten U.S.Patentschrift wird notwendigerweise bei der Vergrößerung der Licht aufnehmenden Fläche des Bauelementes die Empfindlichkeit seiner Gate-Zone vermindert. Zur erfolgreichen Triggerung von Hochleistungs-Bauelementen wurde daher von anderen vorgeschlagen, daß man eine Fokussierung benutzt, um eine ausreichenden Erzeugung von Paaren von Löchern und Elektronen in dem lichtempfindlich* Bereich zu erhalten. Obwohl man durch die optische Lichtfokussierung brauchbare Anordnungen erhält, kann diese in einigen Fällen unpraktisch sein wegen einer Begrenzung der Abmessungen oder wegen wirtschaftlicher Erwägungen.

Es ist daher ein Gesichtspunkt der Erfindung ein strahlungsempfindliches Halbleiter-Bauelement zu schaffen, bei dem die Erfordernisse einer hohen Empfindlichkeit und der Triggerung durch einen niedrigen Strahlungspegel miteinander kombiniert sind.

Es ist ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ein Thyristor-Bauelement mit elektrischer Fokussierung des Lichtes zu schaffen, das auf eine lichtempfindliche Fläche mit praktisch unbeschränkter Größe auftrifft.

Zusammengefasst und gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein durch Strahlung getriggertes Halbleiter-Bauelement geschaffen, das eine Gate-Zone ( Gate-Bereich, Gitterbereich ) mit vorgewähltem Aufbau besitzt, um die erwünschten Eigenschaften bezüglich der Empfindlichkeit und der Triggerung zu erhalten, und eine strahlungsempfindliche Fläche auf dem Bauelement, welche praktisch von der Gate-Zone isoliert ist. Ein elektrischer Leiter bildet einen Stroraweg für den in dem strahlungsempfindlichen Bereich erzeugten Strom zu dem Gate des Bauelementes. Der seitliche Stromfluß in dem Halbleiterteil des Bau-

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elementes von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem Gate wird daher praktisch beseitigt und die Empfindlichkeit des Gate wird dadurch nicht nachteilig beeinflußt.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht eines lichtempfindlichen Thyristor-Bauelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines durch Licht aktivierten Thyristors entlang der Linie 2-2 der Figur 1.

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht eines lichtempfindlichen Thyristor-Bauelementes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 4 zeigt eine Schnittansicht eines durch Licht aktivierten Thyristors entlang der Linien 4-4 der Figur 3.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Ansichten eines durch Licht getriggerten Vierschicht-Halbleiter-Bauelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Figur 1 ist eine Draufsicht und zeigt das Bauelement 11. In der nachstehenden Erläuterung sind gleiche Elemente dieser Ausführungsform der Erfindung, die in verschiedenen Ansichten erscheinen, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es wird zunächst auf die Figur 2 Bezug genommen, die einen Thyristor Π zeigt, der eine Elektrode 13 enthält, welche den Anodenkontakt des Bauelementes bildet. Die Elektrode 13 kann zweckmäßigerweise aus einem Metall bestehen, beispielsweise aus Wolftram, das an die Anodenschicht des Bauelementes anlegiert ist. Die Verfahren, welche zur Herstellung von Halbleitern des Typs gemäß der Erfindung Verwendung finden können, sind an sich im Stand der Technik bekannt und bilden als solche keinen Bestandteil der Erfindung, mit Ausnahme der Verwendung dieser Verfahren oder von Kombinationen derselben in der noch nachstehend beschriebenen Weise, welche erforderlich ist, um ein Bauelement oder Bauelemente gemäß der Lehre dieser Offenbarung herzustellen. In ähnlicher Weise wird eine bestimmte Struktur zur beispielhaften und veranschaulichenden Darstellung der Erfindung gewählt und in die Beschreibung aufgenommen; sie kann jedoch vom Fachmann leicht abgewandelt werden ohne die Lehre und den Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise wird in den Figuren 1 und 2 ein Aufbau ab-

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gebildet, welcher einen Anodenbereich oder eine Anodenzone 15 des p-Typs und weitere n-_f p- und η-Bereiche zur Bildung eines Thyristors enthält. Man wird jedoch verstehen, daß diese bestimmte Auswahl des Leitfähigkeitstyps zur Herstellung des Aufbaus eines Thyristors eines Typs gemäß der Erfindung abgeändert werden kann, ohne die Lehre der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise wird der Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen dieser Art verstehen, daß bestimmte Konzentrationen von Verunreinigungen oder Ootierungsstoffen in weitem Bereich in Übereinstimmung mit den im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten abgeändert werden können. Nachstehend wird ausfuhrlich darauf hingewiesen, wenn ein Bauelement gemäß der Erfindung die bestimmte Anwendung von bekannten Methoden oder von neuen Methoden erfordert, welche der Erfindung eigen sind. Die Anodenschicht 15 kann zweckmäßigerweise aus einem Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps ρ bestehen, das durch Anlegieren oder auf andere Weise mit der Elektrode 13 verbunden ist. In ähnlicher Weise kann gewünschtenfalls eine Elektrode 13 vorgesehen werden, die an ihrer Oberfläche 17 einen Kontakt aus Gold oder aus einem anderen gut leitenden Material besitzt. Eine n- Schicht oder n-Zone 19 schließt sich an die p-leitende Anodenschicht 15 an und bildet eine Übergangszone (Sperrschicht) in dem dazwischen liegenden Bereich. Die n-Schicht 19 kann als n-Basis-Schicht des Bauelementes und der Übergangsbereich oder die Übergangszone zwischen der n-Schicht 19 und der Anodenschicht 15 als n-Basis-Anoden-Übergangszone bezeichnet werden. Benachbart zur n-Basis-Schicht 19 und gegenüberliegend zur Anodenschicht 15 befindet sich die p-Basis-Schicht Emitterschichten 23 und 30 liegen über der p-Basis-Schicht 21. In dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Emitterschichten 23 und 30 Schichten des Leitfähigkeitstyps n. Es ist zu beachten, daß erfindungsgemäß und wie vorstehend erwähnt die Schichten 15, 19 21, 23 und 30 eine Konzentration an Verunreinigungen oder Dotierungsstoffen enthalten können, die so ausgewählt wurde, daß der bestimmte beabsichtigte Anwendungszweck des Thyristors erreicht wird. Weiterhin kann der Leitfähigkeitstyp jeder Schicht oder Zone gewünschtenfalls leicht umgekehrt werden,um ein Bauelement zu erhalten, das praktisch komplementär zu dem in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Bauelement ist. Die Emitterelektrode 25 liegt über der Emitterzone

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des Leitfähigkeitstyps η, um einen elektrischen Kontakt zu derselben zu schaffen. Aus der Figur 1 ist leicht ersichtlich, daß die Emitterzone 23 des Leitfähigkeitstyps n, welche in der Figur 2 so abgebildet ist, daß sie auf der linken und rechten Hälfte der Abbildung auftritt, in Wirklichkeit eine einzige kontinuierliche Zone ist, bei welcher der mittlere Teil weggenommen ist. Es ist im Stand der Technik üblich Thyristor-Bauelemente mit allgemein kreisförmiger Gestalt herzustellen, und diese Form ist in der Darstellung der Erfindung abgebildet. Man wird verstehen, daß die Erfindung nicht von einer bestimmten Form der Thyristorgeometrie abhängig ist, mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Gesichtspunkte, und daher die bestimmte räumliche Gestalt des Thyristorplättchens gegenüber der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Form abgewandelt werden kann. Die Emitterschicht 23 ist mit einer Anzahl von Kurzschlüssen ausgestattet, welche durch die Schicht hindurch verlaufen und einen Kontakt zwischen der Emitterelektrode 25 und der p-Basis-Schicht 21 gestatten. Diese Kurzschlußverbindungen sind üblich und werden in dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gemäß dem derzeitigen Stand der Technik vorgesehen. Das bisher beschriebene Thyristor-Bauelement entspricht im wesentlichen üblichen Bauformen und kann leicht nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise sind in den Figuren 1 und 2 Emitterkurzschlüsse 27 abgebildet. Diese Kurzschlußverbindungen erstrecken sich durch die Emitterschicht 23 des Leitfähigkeitstyps η und stellen einen Kontakt mit der p-Basis-Schicht 21 her. Es sind eine Anzahl von Kurzschlußverbindungen vorgesehen und einige Verbindungen mit einer Bezugsziffer bezeichnet, um eine übermäßige Komplikation der Abbildung zu vermeiden. Selbstverständlich können gemäß den beim Fachmann bekannten Prinzipien gewünschtenfalls eine grosse Anzahl von Emitterkurzschlußverbindungen vorgesehen werden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie auf den Aufbau eines Thyristors mit verstärkendem Gate angewendet werden kann. Eine Metallisierung 32 liegt über der Emitterzone 30 des Pilot-Thyristorteils der Struktur und ist auch noch in Kontakt mit der p-Basis-Schicht 21. Der Teil der Metallisierung 32 benachbart zur Emitterschicht 23 des Hauptthyristorteils der Struktur bildet die Gate-Elektrode oder Steuerelektrode des Hauptthyristors. Die Gate-Zone des Pilotthyristors enthält die Elektrode 42 und den Teil der

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p-Basis-Zonen in der Nähe der Emitterschicht 30. Die Emitterschicht 30 besteht aus Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps η und liegt über der p-Basis-Schicht 21 und bildet die Emitter des Pilot-Thyristors. Die Gate-Struktur des Pilot-Thyristors gemäß der Abbildung in die ser Ausführungsform der Erfindung besitzt die Form eines halbkreisförmigen Bereichs. Die Empfindlichkeit eines halbkreisförmigen Gate-Bereichs ist proportional dem doppelten Wert des natürlichen Logarithmus des Außenradius geteilt durch den Innenradius des Bereichs. Man wird daher erkennen, daß es zur Erzielung einer maximalen Empfindlichkeit erwünscht ist, einen Gate-Bereich mit einer solchen Form vorzusehen, daß der innere Radius bedeutend kleiner ist als der Außenradius. Wenn die tatsächliche Fläche der Gate-Zone auf ein Minimum gebracht werden soll, dann ist es notwendig, einen sehr kleinen Innenradius vorzusehen. Erfindungsgemäß kann die Emitterzone eine Form besitzen, die nicht durch die Einfügung einer lichtempfindlichen Fläche in dieser Zone begrenzt ist. Die Empfindlichkeit der Gate-Zone ist daher nicht durch das Erfordernis einer grossen lichtempfindlichen Fläche begrenzt. Sie ist vielmehr durch die Gesichtspunkte begrenzt, welche die Herstellung eines direkt getriggerten, d.h. nicht durch Licht getriggerten Bauelementes bestimmen wUrden. Gewünschtenfalls kann die Emitterzone 30 mit Kurzschlüssen ausgestattet werden, wie sie in Verbindung mit der Emitterschicht 23 abgebildet sind. Diese Kurzschlüsse sind wahlweise und werden daher in den Figuren 1 und 2 nicht abgebildet. Besonders aus der Figur 1 ist ersichtlich, daß die Gate-Elektrode 32 nach dem im Stand der Technik bekannten Verfahren gebildet werden kann, bei dem an den gewünschten Stellen auf der Oberfläche des Bauelementes Metall aufgebracht wird. Die Ränder der Elektroden 25, 32 und der anderen vorstehend beschriebenen Elektroden können leicht dadurch erhalten werden, daß man die unerwünschten Metallflächen wegätzt. Die Elektrode 32 besitzt in ihrem Innern eine große Öffnung. Die Öffnung ist in den Figuren 1 und mit allgemein quadratischer Form gezeigt. Selbstverständlich ist diese Form der Öffnung nicht von grundlegender- Bedeutung für die Arbeitsweise der Erfindung und wenn dies für bestimmte Zwecke erwünscht ist, kann die Form der Öffnung gegenüber der abgebildeten Form verändert werden. Die strahlungsempfindliche Fläche 34 ist als allgemein rechtwinklige Fläche dargestellt und ist in einem eingeätzten Bereich innerhalb der rechteckigen Öffnung in der Gate-Elektrode 32 vorgesehen. Die

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strahlungsempfindliche Fläche 34 wird vorzugsweise durch Polieren oder auf andere Weise so eingerichtet, daß sie durch das Auftreffen von Strahlung auf die Fläche zur Bildung von Paaren von Löchern und Elektronen unter der Fläche angeregt wird. Die Bildung von Paaren von Löchern und Elektronen unterhalb der strahlungsempfindlichen Fläche bewirkt einen Stromfluß in diesem Bereich, wobei der Strom durch das metallisierte Gitter 36 gesammelt wird. Das metallisierte Gitter kann zweckmäßigerweise zur gleichen Zeit wie die Elektroden 25 und gebildet werden und ist vorzugsweise eine Anordnung mit eine m offenen Gitter von Elektroden, um Strahlung .und insbesondere Licht durch das Gitter auf die strahlungsempfindliche Fläche 34 durchzulassen. Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte bestimmte Elektrodenmuster ist nur beispielhaft und das tatsächliche Elektrodenmuster kann gegenüber dieser Form abgewandelt werden oder gewUnschtenfalls weggelassen werden. Der strahlungsempfindliche Bereich oder Zone 34 ist von der isolierenden Zone (Bereich) 38 umgeben, um praktisch das seitliche Fließen des in der strahlungsempfindlichen Zone 34 erzeugten Stroms zu verhindern. Die Isolationszond 38 wird in dieser Ausführungsform der Erfindung dadurch gebildet, daß ein Teil der p-Basis-Schicht 21 entfernt wird, welche die strahlungsempfindliche Zone 34 umgibt. Dies kann zweckmäßigerweise dadurch ausgeführt werden, daß die unerwünschte Dicke der p-Basis-Schicht 21 abgeätzt wird. Dieser Ätzvorgang kann leicht zum gleichen Zeitpunkt vorgenommen werden wie die Bildung des strahlungsempfindlichen Bereichs 34. Es wird hervorgehoben, daß der in dieser Ausführungsform der Erfindung als eingeätzter Bereich gezeigte Isolationsbereich 38 nicht unbedingt in dieser Weise gebildet werden muß. Gemäß der Erfindung ist es lediglich erforderlich, daß ein Bereich vorgesehen wird, welcher das seitliche Fließen des Stroms aus der strahlungsempfindlichen Zone 34 begrenzt. Wie noch im Zusammenhang mit einer nachstehend beschriebenen weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt kann ohne weiteres eine Struktur ähnlich einem Schutzring verwendet werden, welcher dann die strahlungsempfindliche Zone umschließt. Weiterhin kann man gemäß der Erfindung eine Isolation leicht dadurch erhalten, daß man einen Bereich mit einer geringeren Verunreinigungs- oder Dotierungskonzentration im Vergleich zum übrigen Teil der p-Basisschicht 21 vorsieht, welcher dann die strahlungsempfindliche Zone 34 umschließt. Das metallisierte Gitter 36 ist mit der Elektrode 40 verbunden. Die Elektrode 40 ergibt einen Leitungs-

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weg für den vom metallisierten Gitter 36 gesammelten Strom durch die Isolationszone 38 zur Gate-Zone des Pilot-Thyristors in der Struktur mit verstärkendem Gate. Die Elektrode 40 ist in der dargestellten Form auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur aufgebracht. Man wird jedoch erkennen, daß erfindungsgemäß ohne weiteres irgendeine Einrichtung zur Leitung des von dem metallisierten Gitter 36 gesammelten Stroms zur Gate-Elektrode 42 verwendet werden kann. Beispielsweise könnte ohne weiteres ein StUck Draht verwendet werden. Der Fachmann wird jedoch verstehen, daß die Verwendung einer metallisierten Elektrode gemäß der Abbildung in den Figuren 1 und 2 bevorzugt wird.

Der Fachmann wird verstehen, daß verschiedene Veränderungen an dem Aufbau gemäß der Abbildung in den Figuren T und 2 vorgenommen werden können, ohne die Konzeption und den Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der genaue Aufbau des lichtempfindlichen Bereichs 34 und des Isolationsbereichs 38 abgeändert werden, um bestimmte Kennlinien und Merkmale des Bauelementes zu erzielen. In den Figuren 1 und 2 ist beispielsweise der lichtempfindliche Bereich 34 so dargestellt, daß er einen Teil einer großen eingeätzten Fläche in dem p-Basis-Bereich 21 einnimmt. Der Isolationsbereich 38 könnte auch höher oder niedriger sein als der lichtempfindliche Bereich 34. Der genaue Aufbau des lichtempfindlichen Bereichs 34 könnte auch beispielsweise abgeändert werden zur Anpassung an verschiedenste Arten von Lichtquellen. Andererseits wird der Isolationsbereich 38 so gestaltet, daß er eine Isolation zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 34 und dem Gate-Bereich 42 ergibt. Erfindungsgemäß ist es erwünscht, daß der Widerstand der p-Basisschicht 21 unter dem Isolationsbereich 38 größer ist als das Fünffache des Widerstandes unter der Gateelektrode 42. Erfindungsgemäß wird ein Verhältnis dieser Widerstände bevorzugt, das größer ist als etwa 10 oder darüber, um optimale Betriebskennwerte zu erhalten. Selbstverständlich erhält man jedoch auch verbesserte Betriebskennwerte gegenüber vorbekannten Bauelementen bei noch niedrigeren Widerstandsverhältnissen. Wenn ein erhöhter Widerstand in dem Isolationsbereich durch Abätzen von p-Basismaterial erreicht wird, dann ist es gemäß der Erfindung wichtig zu gewährleisten, daß die Ätzung im wesentlichen nicht in den abgereicherten Bereich in der Nähe des Übergangsbereichs zwischen, der p-Basis und der η-Basis eindringt, sodaß die Durchbruchsspannung nicht wesentlich geändert wird.

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Die Figuren 3 und 4 zeigen in Draufsicht und in der Ansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform der Erfindung gemäß der Abbildung in den Figuren 3 und 4 ist im wesentlichen ähnlich der zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform bezüglich mehrerer bedeutender Gesichtspunkte. Beispielsweise enthalten beide Ausführungsformen einen Hauptthyristorteil und einen Pilot-Thyristorteil, wobei der Hauptthyristorteil in den beiden Ausführungsformen praktisch identisch ist. Gemäß den Ähnlichkeiten zwischen den beiden Ausführungsformen sind in den verschiedenen Abbildungen gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Hauptunterschiede in den beiden Strukturen liegen in dem besonderen Aufbau der lichtempfindlichen Schicht und des Isolationsbereichs sowie in der Gate-Struktur des Pilot-Thyristors. Die besonderen Strukturmerkmale der Ausführungsformen der Erfindung gemäß der Darstellung in den Figuren 1 bis 4 können erfindungsgemäß ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann die nachstehend in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschriebene Gate-Struktur zusammen mit der Struktur des Isolationsbereichs aus den Figuren 1 und 2 verwendet werden.

In den Figuren 3 und 4 entsprechen die Elektrode 13, die Anodenschicht 15, die n-Basisschicht 19, die p-Basisschicht 21, die Emitterzone 23 und die Emitterelektrode 25 im wesentlichen den gleich bezeichneten Elementen der Figuren 1 und 2. Es ist zu beachten, daß Emitterkurzschlüsse 27 in der Figur 3 und 4 nicht abgebildet werden, da sie gemäß der vorstehenden Erläuterung für die Erfindung nur wahlweise verwendbare Elemente darstellen. Aus der Figur 3 ist ersichtlich, daß die Gate-Struktur des Hauptthyristorteils dieser Ausführungsform der Erfindung eine rechteckförmige Gate-Struktur ist. Die Elektrode 44 liegt über der Emitterzone 46, welche den Emitter des Pilot-Thyristorteils des Bauelementes darstellt. Die Elektrode 44 ist auch in Kontakt mit der p-Basisschicht 21 zur Bildung der Gate-Zone des Hauptthyristorteils der Erfindung. Die Empfindlichkeit eines Thyristoraufbaus mit rechteckförmigem Gate gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist proportional der Länge des Gatebereichs geteilt durch seine Breite. Es ist daher erwünscht, daß die Breite des Gatebereichs _ϊο klein wie möglich gehalten wird, um eine hohe Empfindlichkeit zu erzielen. Der strahlungs-

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empfindliche Bereich 34 ist im wesentlichen identisch zu dem entsprechend bezeichneten Bereich der Figuren 1 und 2. Ein metallisiertes Gitter 36 dient zum Sammeln des Stroms, der durch das Auftreffen von Strahlung auf dem Bereich 34 infolge der Bildung von Paaren von Lächern und Elektronen in diesem Bereich erzeugt wird. Ein Bereich oder eine Zone 48 des Leitfähigkeitstyps η umschließt die strahlungsempfindliche Zone 34 zur Verhinderung des seitlichen Abfließens von Strom aus dieser Zone. Die Zone 48 kann leicht durch irgendeines der bekannten Verfahren zur Bildung von Bereichen oder Zonen eines Leitfähigkeitstyps in Zonen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps hergestellt werden, beispielsweise durch Diffusion, Ionenimplantation, epitaxiales Aufwachsen oder dergleichen; dabei sollen die Verfahren jedoch nicht auf diese genannten Verfahren beschränkt sein.

Die Diffusion wird gemäß dieser AusfUhrungsform der Erfindung bevorzugt, da sie eine genaue Beherrschung der Tiefe und der Größe der Zone 48 gestattet. Eine Elektrode 50 leitet den von dem metallisierten Gitter 36 gesammelten Strom an der Dotierungszone 48 vorbei zu der Gatezone des Pilot-Thyristors. Die Gatezone des Pilot-Thyristors kann als das Ende 52 der Elektrode 50 und als der angrenzende Bereich der p-Basisschicht 21 betrachtet werden.

Die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebene Halbleiterstruktur entspricht dem Typ, welcher bequem unter Benutzung von Diffusionsverfahren an durch Ätzen gebildeten Ebenen hergestellt werden kann. Die in den Figuren 3 und 4 abgebildete Struktur kann leicht hergestellt werden unter Benutzung selektiver planarer Diffusionsverfahren. Während des selektiven planaren Diffusionsverfahrens werden Oxidbereiche gebildet und nötigenfalls entfernt, um eine Abdeckung oder Maskierung fUr die Diffusion zu erhalten. Die in Figur abgebildete AusfUhrungsform der Erfindung benutzt bestimmte,während der Bearbeitung des Bauelementes gebildete Oxidschichten. Beispielsweise isoliert die unter der Elektrode 50 liegende Oxidschicht 54 diese Elektrode 50 von dem Isolationsbereich 48 des Leitfähigkeitstyps n. Diese Isolation k'ann erwünscht sein, da sie eine Injektion von Ladungsträgern in die Isolationszone 48 des Leitfähigkeitstyps η infolge der am Anfang vorhandenen Vorspannung dieser Zone verhindert, welche dazu fuhren könnte, daß die Elektrode 50 an der Oberfläche der

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Zone 48 rait derselben in Kontakt kommt. Man :wird erkennen, daß eine solche Injektion in Abhängigkeit von den bestimmten Betriebsbedingungen des Bauelementes auftreten kann oder nicht auftreten kann, und weiterhin die Oxidschicht 54 daher vor der Aufbringung der metallisierten Elektroden an dem Bauelement entfernt werden kann, wodurch man eine Struktur erhält, die praktisch frei von Oxidschichten unterhalb der Elektrode ist.

Wie bereits bei der Beschreibung der Figuren 1 und 2 erwähnt wird erfindungsgemäß eine Ausführungsform bevorzugt, bei der sich die Isolationszone 48 des Leitfähigkeitstyps η nicht in den Sperrschichtbereich des Übergangsbereiches zwischen der p-Basisschicht und der n-ßasisschicht erstreckt. Diese Beschränkung der Ausdehnung der Isolationszone 48 gilt auch noch für die Ausdehnung der Ätzung im Zusammenhang mit dem strahlungsempfindlichen Bereich oder Zone 34. Konsistent mit diesen Beschränkungen ist es jedoch erwünscht, seitliche Widerstandsverhältnisse unterhalb der Isolationszone 48 zu schaffen, welche etwa 5 bis 10 mal so groß sind wie die in der p-Basisschicht Wie bereits vorstehend beschrieben wird jedoch jede Erhöhung des Widerstandes der p-Basisschicht um den strahlungsempfindlichen Teil des Bauelementes herum die Betriebskennwerte gegenüber vorbekannten Bauelementen verbessern und daher sind die vorstehend angegebenen Widerstandsverhältnisse lediglich bevorzugte Verhältnisse und sollen den Umfang der Erfindung nicht beschränken.

Vorstehend wurden zwei Ausführungsformen der Erfindung abgebildet und beschrieben, die Pilot-Thyristoren (einen Aufbau mit verstärkendem Gate) besitzen. Selbstverständlich erfordert die Erfindung jedoch nicht die Verwendung eines Thyristoraufbaus mit einem verstärkenden Gate und kann daher ohne weiteres auch gemäß ihrer Lehre unter Verwendung einer Struktur mit einem einzigen Gate angewendet werden« Beispielsweise könnten in einer Anordnung nach Figur 2 die Emitterzonen oder Bereiche 30 unter die Metallisierung 32 fortgesetzt und auch noch mit dea Emitterbereich 23 verbunden werden, um eine einzige Emitterzone zu bilden. Ebenso würde die Metallisierung 32 mit den Metallisierungen 30 und 35 vereinigt werden zur Bildung einer einzigen Emittermetallisierung.

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Ein Thyristor nach der Erfindung kann einen lichtempfindlichen Bereich an irgendeiner gewählten Stelle auf einem Thyristor-Halbleiterplättchen besitzen. Beispielsweise ist ein lichtempfindlicher Bereich am Rand des Halbleiters denkbar und in bestimmten Anwendungsfällen ist dies tatsächlich erwünscht, um eine leichtere Triggerung durch Licht zu erhalten. Wenn der lichtempfindliche Bereich an dem Rand des Bauelementes angeordnet wird, dann muß der Isolationsbereich den lichtempfindlichen Bereich nicht vollständig umschließen, sondern lediglich den übrigen Teil des Thyristors von demselben isolieren. Wenn beispielsweise der lichtempfindliche Bereich im wesentlichen ein am Rand des Bauelementes angeordneter Halbkreis ist, dann wird auch nur ein Isolationsbereich mit einer Halbkreisform benötigt. Das Gate des Bauelementes kann entweder in der Mitte oder in der Nähe des lichtempfindlichen Bereichs angeordnet werden, wobei dann der Strom von demselben gemäß der vorstehenden Beschreibung durch eine Metallisierung oder gewünschtenfalls durch einen Draht abgeleitet wird.

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Claims

Patentansprüche

f>i Strahlungsempfindliches Halbleiterbauelement, dadurch gekenn-

zeichnet, daß es umfaßt:
ein Halbleitersubstrat,

eine strahlungsempfindliche Zone (Bereich)(34)auf dem Substrat zur Erzeugung eines elektrischen Stroms beim Auftreffen von Strahlung auf der Zone (34),

eine Gate-Zone (42) zur Einschaltung des Halbleiterbauelementes beim Fließen dieses Stroms,

eine Isolationszone (38), die zwischen die strahlungsempfindlich^ Zone (34) und die Gate-Zone (42) eingefügt ist zur Erhöhung des seitlichen Widerstandes der Substratschicht zwischen der strahlungsempfindlichen Zone (34) und der Gate-Zone (42), und Einrichtungen zur Kopplung des elektrischen Stroms von der strahlungsempfindlichen Zone (34) und der Gate-Zone (42) zur Einschaltung des Bauelementes bei vorhandener auftreffender Strahlung auf der strahlungsempfindlichen Zone (34).
2. Strahlungsempfindliches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationszone (38) einen Bereich mit hohem Basiswiderstand enthält, welcher die strahlungsempfindliche Zone (34) umschließt.
3. Strahlungsempfindliches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (38) mit hohem Basiswiderstand, welche die strahlungsempfindliche Zone (34) umschließt, einen Bereich oder Zone umfaßt, welche eine niedrigere Konzentration der Dotierung enthält als die restliche Substratschicht.
4. Strahlungsempfindliches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (38) mit hohem Basiswiderstand eine Zone aus relativ dünnem Halbleitermaterial enthält, welche die strahlungsempfindliche Zone (34) umschließt.
5. ' Strahlungsempfindliches Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit relativ dünnem Halbleiter-

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material einen eingeätzten Halbleiterbereich enthält.
6. Strahlungsempfindliches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (38) mit hohem Basiswiderstand eine Zone enthält, die einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt dem Leitfähigkeitstyp des Halbleitermaterials besitzt, auf dem die strahlungsempfindliche Zone (34) gebildet ist, wobei sich diese Zone mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp in die Zone erstreckt, welche die strahlungsempfindliche Zone (34) umschließt.
7. Strahlungsempfindliches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kopplung des Stroms von der strahlungsempfindlichen Zone (34) ein Gitter (36) enthält, das über der strahlungsempfindlichen Zone (34) liegt, sowie eine Elektrode (40) zur Kopplung des Gitters (36) an die Gate-Zone (42).
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement ein Thyristor mit vier übereinanderliegenden Schichten ist: einer Anodenschicht (15), einer ersten Basisschicht 19, einer zweiten Basisschicht (21) und einer Emitterschicht (23,30), wobei die zweite Basisschicht (21) noch die strahlungsempfindliche Zone (34) und die Gate-Zone (42) enthält.
9. Thyristor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationszone (38) einen Bereich umfaßt, der einen seitlichen Widerstand besitzt, der größer ist als der Widerstand der zweiten Basisschicht (21) außerhalb dieser Isolationszone.
10. Thyristor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenschicht (15) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, die erste Basisschicht (19) den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die Anodenschicht(15) besitzt und mit derselben zur Bildung eines Anoden-Basis-Übergangsbereichs verbunden ist, wobei die zweite Basisschicht (21) den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Anodenschicht (15) besitzt und diese zweite Basisschicht benachbart zur ersten ßasisschicht (19) ist und mit

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dieser einen Basis-Basis-Ubergangsbereich bildet, wobei noch die Emitterzone (30) selektiv über der zweiten Basisschicht (21) liegt und die Emitterzone (30) den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die zweite Basisschicht (21) besitzt und zwischen den beiden Schichten ein Emitter-Basis-Übergangsbereich gebildet ist.
11. Thyristor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationszone (38) einen Bereich mit hohem Basiswiderstand enthält, welcher im wesentlichen die strahlungsempfindlic he Zone (34) umschließt.
12. Thyristor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationszone (38) einen Bereich bildet, welcher einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die zweite Basisschicht (21) beitzt und sich in Richtung dieser zweiten Basisschicht erstreckt, diese jedoch nicht erreicht.

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