DE2711562C3 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Halbleiterbauelement dieser Art ist aus der US-PS 39 40 783 bekannt.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements der genannten Art
Es ist bekannt. Sperrschichten in Halbleiterbauelementen entweder als pn-Übergänge oder als Schottky-Sperren auszubilden. Solche Potentialsperren werden in Halbleiterdioden, Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen, einschließlich integrierter Schaltungen, verwendet.
Der pn-Übergang, wie er in bekannten Halbleiterbauelementen hergestellt und verwendet wird, bildet eine Potentialsperre in einem Halbleiterkörper zwischen zwei Halbleitergebieten vom entgegengesetzten Leitungstyp; mit Ausnahme einer schmalen Erschöpfungsschicht am pn-Übergang sind diese beiden Halbleitergebiete vom entgegengesetzten Leitungstyp nicht an beweglichen Ladungsträgern erschöpft, wenn wenigstens über dem Übergang eine Nullvorspannung auftritt. Wenn ein Strom durch das Bauelement fließt, wenn dieses in der Durchlaß- oder der Sperrichtung vorgespannt ist, erfolgt der Stromfluß über den Übergang zu einem der beiden Gebiete durch Ladungsträger von dem dieses Gebietes entgegengesetzten Leitungstyp, d. h. durch Minoritätsladungsträger. Wie in der Halbleitertechnik allgemein bekannt ist, kann eine solche Anwendung von Minoritätsladungsträgern für viele Bauelemente, z. B. durch Minoritätsladungsträgerspeichereffekte, niedrige Schaltgeschwindigkeiten und einem verhältnismäßig großen Durchlaßspannungsabfall ungünstig sein.
Bei vielen Anwendungen dieser Bauelemente wird daher bekanntlich eine Schottky-Sperre statt eines pn-Übergangs benutzt. Eine Schottkys-Sperre ist ein Metall-Halbleiter-Übergang, der zwischen einer Elektrode und einem Halbleitergebiet von einem ersten Leitungstyp gebildet wird, wobei das Halbleitergebiet an der Oberfläche durch die Elektrode kontaktiert wird. Mit Ausnahme einer schmalen Erschöpfungsschicht an der Schottky-Sperre ist das Halbleitergebiet nicht an beweglichen Ladungsträgern vom ersten Leitiingstyp
erschöpft, wenn wenigstens eine Nullvorspannung auftritt, während der Stromfluß durch das Bauelement, wenn dieses vorgespannt ist, durch Ladungsträger vom gleichen Leitungstyp wie das genannte Gebiet, d. h. durch Majoritätsladungsträger, erfolgt Es können daher Schottky-Dioden gebildet werden, die vernachlässigbare Minoritätsladungsträgerspeichereffekte, hohe Schaltgeschwindigkeiten und niedrige Durchlaßspannungsabfälle aufweisen. Schottky-Sperren weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie an einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers gebildet werden. Die Höhe der Potentialsperre zwischen dem Halbleiter und dem Metall wird von den Oberflächenzuständen und dem allgemeinen Zustand der Halbleiteroberfläche beeinflußt. Außerdem ist die Technologie der Schottky-Sperren nicht dazu geeignet, Potentialsperren in der Masse eines Halbleiterkörpers zu bilden, wodurch die Möglichkeiten zur Integration von Schottky-Sperren in Halbleiter-Bauelementen beschränkt werden.
In der obengenannten US-PS 39 40 783 ist ein Gleichrichter- und Spannungsreferenzhalbleiterbauelement beschrieben, in der der Hauptstromfluß durch Majoritätsladungsträger erfolgt. Das Bauelement enthält eine p-leitende Halbleiterschicht zwischen zwei η-leitenden Halbleitergebieten, die auch die Form von Schichten aufweisen; die p-leitende Schicht bildet zwei pn-Übergänge mit den beiden η-leitenden Gebieten und weist vorzugsweise eine Dicke von 1 μπι auf. Eine Spannung wird zwischen den beiden n-leitenden Gebieten und somit über der p-leitenden Schicht angeordnet, von der eine erhebliche Dicke unter Nullvorspannung nicht an Löchern erschöpft ist. Die Größe der Vorspannung wird beim Betrieb erhöht, um zu bewirken, daß sich eine der Erschöpfungsschichten, die an einem der beiden pn-Obergänge gebildet wird, über die Dicke der p-leitenden Schicht ausbreitet, derart, daß sich endgültig diese sich ausbreitende Erschöpfungsschicht über die ganze Dicke der p-leitenden Schicht erstreckt, wodurch diese Schicht nahezu völlig erschöpft wird und die beiden η-leitenden Gebiete miteinander verbunden werden. Unter diesen Bedingungen findet ein Stromfluß von Majoritätsladungsträgern zwischen den η-leitenden Gebieten statt. Da es aber bei diesem Halbleiterbauelement notwendig ist, eine Vorspannung anzuwenden, um die ganze p-leitende Schicht zu erschöpfen, weist die Strom-Spannungs-Kennlinie eines solchen Bandelements bei Anwendung als Gleichrichter in der Durchlaßrichtung einen nicht-abrupten Einschalneil bei einem beträchtlichen Durchlaßspannungsabfall auf. Dadurch kann die Asymmetrie der Durchlaß- und -Sperrkennlinien beeinträchtigt und kann ihre zweckmäßige Anwendung in anderen Konfigurationen beschränkt werden. So wäre eine solche npn-Sperrschichtstruktur, die eine Vorspannungserschöpfung erfordert, nicht besonders geeignet für Anwendung als eine Sperre einer komplexeren Mehrsperrenanordnungsstruktur, wie z. B. eines Transistors, und in der genannten US-Patentschrift wird nicht verwiesen auf und keine Anzeige gegeben über eine derartige Anwendung einer solchen Struktur. Außerdem weist, weil es notwendig ist, zum Erschöpfen der ganzen p-leitenden Schicht Vorspannung anzuwenden, das Bauelement nach der US-PS 39 40 783 keine vernachlässigbaren Minoritätsladungsträgerspeichereffekte und keine hohe Schallgeschwindigkeit auf.
Aus der DE-OS 24 29 705 ist ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper bekannt, an dessen einer Oberfläche eine dünne Schicht u. a. mit zum Halbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyp und auf dieser eine eine Schoitkysche Sperrschicht bildende Metallelektrode angeordnet sind. Die Dicke der dünnen, durch Ionenimplantation erzeugten Halbleiterschicht, durch die die effektive Höhe der Schottky-Sperre beeinflußt werden soll, ist dabei so gewählt, daß sie, ohne daß eine Vorspannung an das Halbleiterbauelement angelegt ist, praktisch vollständig von beweglichen Ladungsträgern beider Leitungstypen erschöpft
ίο ist.
Aus der DE-AS 16 14 929 ist es bei einem Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einem ersten und einem zweiten, durch ein Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps getrennten Gebiet eines Leitungstyps bekannt, das an die Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende erste Gebiet seitlich von einer ringförmigen Zone entgegengesetzten Leitungstyps zu begrenzen, die das erste Gebiet seitlich von dem zweiten Gebiet trennt und sich so tief in den Halbleiterkörper erstreckt, daß das zwischen dem ersten und zweiten Gebiet angeordnete Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps geschnitten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des An-Spruchs 1 so auszugestalten, daß sich ein Sperrschichtgebiet ergibt, das die Nachteile eines Schottky-Kontaktes und eines pn-Überganges vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
so Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Indem zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet ein solches dünnes Sperrschichtgebiet gebildet wird, das
j5 seine gesamte Dicke bereits bei Nullvorspannung nahezu erschöpft ist, wird eine Potentialsperrenstruktur erhalten, die sogar bei sehr niedrigen Vorspannungen das Aussehen einer Potentialsperre an der Grenzfläche einer η — η oder ρ — p-Struktur statt von pn-Übergängen an den Grenzflächen zwischen n- und p-leitenden Gebieten aufweist. Eine derartige Potentialsperre zwischen solchen ersten und zweiten Gebieten eines Halbleiterbauelements kann als eine Potentialspitze in einem Teil der Masse des Halbleiterkörpers dargestellt werden und steuert den Stromfluß zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet. Dieser Stromfluß erfolgt durch Ladungsträger vom ersten Leitungstyp, d. h. durch Majoritätsladungsträger auf beiden Seiten der Potentialsperre. So können Halbleiterbauelemente nach der
ίο Erfindung vernachlässigbare Minoritätsladungsträgerspeichereffekte und eine hohe Schaltgeschwindigkeit aufweisen.
Wenn ein sehr dünnes, nahezu erschöpftes Sperrschichtgebiet mit einer hohen Netto-Akt'vatorkonzen-
>5 tration verwendet und für das erste Gebiet eine sehr hohe Dotierungskonzentration gewählt wird, kann die so zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet gebildete Potentialsperre eine erhebliche Asymmetrie zwischen der Durchlaß- und der Sperr-Strom-Span-
bo nungs-Kennlinie aufweisen. So kann die Durchlaßkennlinie einen abrupt verlaufenden Einschaltteil bei einem niedrigen Durchlaßspannungsabfall aufweisen.
Die Höhe der Potentialsperre zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet (und somit die Größe des
b> Strninflusses über das Sperrschichtgebiet für eine gegebene Vorspannung) hängt von der Größe der den entgegengesetzten Leitungstyp bestimmenden Aktivatorkonzentration im Sperrschichtgebiet ab. Eine derar·
tige Aktivatorkonzentration kann dadurch gebildet werden, daß in das Halbleiterkristallgitter Strahlungsbeschädigungen eingeführt werden, die Energiepegel aufweisen, die für den entgegengesetzten Leitungstyp in dem Halbleiter kennzeichnend sind; solche Beschädi- -, gungszentren können z. B. durch Implantation neutraler Ionen gebildet \v erden. In einer bevorzugten Weiterbildung ist aber das Sperrschichtgebiet ein Halbleitergebiet, das mit Dotierungsatomen vom entgegengesetzten Leitungstyp dotiert ist; durch eine solche Dotierung u> kann das Sperrschichtgebiet eine leichter reproduzierbare und sehr hohe Aktivatorkonzentration vom entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen.
Das erste, das zweite und das Sperrschichtgebiet können einen Teil einer Halbleiterdiode, eines Transi- r, stors oder einer anderen Art Haibieiterbaueiements, einschließlich einer integrierten Schaltung, bilden. In Abhängigkeit von den Dotierungen und Dicken, die für die unterschiedlichen Gebiete derartiger Bauelemente gewählt sind, kann ein großer Bereich von Eigenschaf- :<> ten für Halbleiterbauelemente nach der Erfindung erhalten werden. Insbesondere können Bau- und Schaltungselemente mit einem niedrigen Durchlaßspannungsabfall, einem niedrigen Sperrleckstrom und einer hohen Ansprechgeschwindigkeit erhalten werden. j-,
Halbleiterbauelemente nach der Erfindung können unter Verwendung verschiedener Techniken hergestellt werden. Es ist aber besonders vorteilhaft, Ionenimplantation wenigstens zur Bildung des Sperrschichtgebietes anzuwenden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 die Änderung der Netto-Dotierungskonzentration, der Elektronenenergie und der Raumladung mit ü der Tiefe für ein Halbleiterbauelement mit einem dünnen Gebiet mit Akzeptoren in einem n-leitenden Halbleiterkörperteil in thermischem Gleichgewicht,
Fig. 2 das Potentialdiagramm eines Halbleiterbauelements mit einer der nach F i g. 1 ähnlichen Struktur, ao
F i g. 3 ein Potentialdiagramm für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig.4 einen Querschnitt durch eine Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig.5 die Strom/Spannungs-Kennlinien einer Halb- « leiterdiode nach F i g. 4,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine andere Halbleiterdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist
Es sei bemerkt, daß die Zeichnungen nur schematisch sind und daß gewisse Dicken der Deuiüchkeii halber übertrieben groß dargestellt sind, während andere Dicken der Einfachheit halber verkleinert sind.
Zur Illustrierung werden zunächst an Hand der F i g. 1 und 2 Diagramme von Halbleiterbauelementen, die nicht Ausführungsbeispielen der Erfindung entsprechen, beschrieben.
F i g. 1 zeigt eine vereinfachte Situation, in der eine kleine Anzahl von Akzeptoratomen A in die Masse w eines η-leitenden Halbleitergebiets eines Halbleiterkörpers mit einer gleichmäßigen Dotierungskonzentration Nd eingeführt werden, um ein dünnes Gebiet 1 mit einer Netto-Akzeptorkonzentration ΛΛ, zu bilden, das Gebiete 2 und 3 des Halbleiterkörpers voneinander trennt Fig. 1(a) zeigt die Netto-Akzeptor- oder Donatorkonzentration N als Funktion der Tiefe d im Halbleiterkörper. F i g. l(b) zeigt das entsprechende Elektronenenergiediagramm, das die verbotene Energiezone zwischen der Valenzbandkante £Vund der Leitungsbandkante Ec zusammen mit dem Ferminiveau £)und den Energiepegeln der Akzeptoren A in der Nähe von £V und der Donatoren D in der Nähe von Ec darstellt. Fig. l(c) zeigt die Raumladungsverteilung Q.
In dem Gebiet 1, das die η-leitenden Gebiete 2 und 3 voneinander trennt, ist die Donatorkonzentration durch eine hohe Konzentration an Akzeptorverunreinigung überkompensiert. Alle Aktivatoren im schmalen Gebiet 1 sind aber dadurch erschöpft, daß darin die Erschöpfungsschichten die natürlicherweise an den Übergängen 2-1 und 1-3 bei Null vorspannung gebildet werden, zusammenfließen. Dies ergibt die negative Raumladung durch das ganze Gebiet 1 nach F i g. l(c).
Wie in der Haibleiteriechnologie allgemein bekannt ist, wird ein Halbleitergebiel (wie das Gebiet 1) als nahezu völlig an Ladungsträgern beider Leilungstypen erschöpft betrachtet, wenn die Anzahl beweglicher Ladungsträger beider Leitungstypen vernachlässigbar (z. B. im allgemeinen zwei Größenordnungen niedriger) im Vergleich zu der der Netto-Aktivatorkonzentration im genannten Gebiet ist.
Das Vorhandensein des Gebietes mit negativer Raumladung nach Fig. l(c) führt Bandkrümmung ein, wie in Fig. l(b) dargestellt ist, was eine Sperre für den Elektronendurchgang zur Folge hat. Die Höhe dieser Sperre ist durch Φο in F i g. l(b) und 2 dargestellt.
So liefert das nahezu erschöpfte Gebiet 1 Potentialsperren Φο für den Durchgang von Elektronen von dem ersten sowie dem zweiten η-leitenden Gebiet 2 bzw. 3 des Halbleiterkörpers. F i g. 2 ist ein Potentialdiagramm, das der Leitungsbandkante folgt und das Verhalten eines derartigen Bauelements mil entgegengesetzten Vorspannungen zwischen Elektroden mit dem ersten und dem zweiten Gebiet 2 bzw. 3 zeigt. Die Potentialkurve 10 stellt die Situation dar, in der keine Vorspannungen zwischen den Gebieten 2 und 3 angelegt sind. Die Potentialkurven 11 und 12 gelten für die Fälle, in denen das Gebiet 3 negativ (V\) bzw. positiv (V2) in bezug auf das Gebiet 2 vorgespannt ist. Vi und V2 stellen die negativen bzw. positiven Vorspannungen dar, die in bezug auf das Ferminiveau Ef bei Nullvorspannung gemessen werden. Ef\ und £>2 stellen die Ferminiveaus mit negativen bzw. positiven Spannungen Vi bzw. V2 dar. Die Sperre bei Nullvorspannung ist Φο. Diese Sperre wird durch das Anlegen der positiven Vorspannung V2 herabgesetzt Die Potentialsperre für Elektronen von dem Gebiet 3 unter der Vorspannung Vl ist mit Φι bezeichnet. Die Potentialsperre für Elektronen von dem Gebiet 2 unter der Vorspannung V2 ist mit Φ2 bezeichnet Φ\ und Φ2 sind beide kleiner als Φο. Da die Dotierungskonzentration des Gebietes 2 gleich der des Gebietes 3 ist ist Φ1 gleich Φ2, wenn Vl gleich V2 ist Dadurch wird eine symmetrische Anordnung erhalten, die bei beiden Vorspannungspolaritäten bei nahezu dem gleichen Wert von Vi und V2 leitend wird.
Ein Potentialdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in Fig.3 dargestellt Dieses Halbleiterbauelement enthält ein nahezu erschöpftes Sperrschichtgebiet 1, das dem nach den F i g. 1 und 2 ähnlich ist und ein erstes und ein zweites Gebiet 2 bzw. 3 voneinander trennt die beide einen ersten Leitungstyp, z. B. den η-Typ, aufweisen. Bei diesem Bauelement weist jedoch das erste Gebiet 2 eine höhere Dotierungskonzentration (n +) vom ersten Leitungstyp als das zweite Gebiet 3 auf. Ein Stromweg, der durch Elektroden mit den Gebieten 2 und 3 definiert ist ist zwischen dem
zweiten und dem dritten Gebiet 2 bzw. 3 über das Sperrschichtgebiet 1 angeordnet. Der Stromfluß über das Sperrschichtgebiet 1 erfolgt durch Ladungsträger vom ersten Leitungstyp (Elektronen bei n-leitenden Gebieten 2 und 3). ■-,
Das Sperrschichtgebiet 1 ist ein Halbleitergebiet mit einer Netto-Aktivatorkonzentration vom entgegengesetzten Leitungstyp, um die Potentialsperren für den Durchgang von Ladungsträgern vom ersten Leitungstyp vom ersten sowie vom zweiten Gebiet 2 bzw. 3 zu erhalten und Erschöpfungsschichten bei Nullvorspannung mit dem ersten sowie dem zweiten Gebiet 2 bzw. 3 zu bilden. Das Sperrschichtgebiet 1 ist genügend dünn, damit die Erschöpfungsschichten, die bei Nullvorspannung mit dem ersten und zweiten Gebiet 2 bzw. 3 gebildet werden, in dem Sperrschichtgebiet 1 zusammenfließen um das Sperrschichtgebiet 1 nahezu völlig an beweglichen Ladungsträgern vom ersten sowie vom entgegengesetzten Leitungstyp zu erschöpfen. Mit Ausnahme der mit dem Gebiet 1 gebildeten Erschöpfungsschichten bleiben die Gebiete 2 und 3 bei Nullvorspannung unerschöpft.
Eine annähernde Auflösung der Poissonschen Gleichung in dieser Situation ergibt:
Ο)
30
45
q = die Elektronenladung, βο = die Dielektrizitätskonstante im Vakuum, ε = die relative Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials, Φο = die Potentialsperre bei Nullvorspannung für vom
Gebiet 2 zum Gebiet 3 wandernde Elektronen, t — die Dicke des Sperrschichtgebietes 1 und Ns = gleich (t ■ NA) ist und die Netto-Raumladungsdichte im Sperrschichtgebiet 1 darstellt Da M der Netto-Verunreinigung vom entgegengesetzten Typ pro Oberflächeneinheit des Sperr- Schichtgebietes 1 entspricht, kann dieser Wert auf z. B. Verunreinigungsionendosen bezogen werden, die zur Bildung eines derartigen Sperrschichtgebietes 1 implantiert werden können.
Falls eine erhebliche Bandkrümmung auftritt, muß Φο größer als z. B. k ■ T/q sein, wobei k die Boltsmann-Konstante und T die absolute Temperatur darstellen. Daher folgt aus der Gleichung (\\ daß für eine Dicke t von z.B. 10 nm, Ns größer als nahezu 2-10" Verunreinigungsatome/cm2 sein muß.
Wenn jedoch das Ferminiveau £> einen Wert innerhalb einiger k ■ Tvon der Valenzbandkante Ev im Sperrschichtgebiet 1 erreichen würde, wäre das Sperrschichtgebiet 1 nicht mehr an beweglichen Ladungsträgern vom entgegengesetzten Leitungstyp erschöpft, so daß sich pn-Obergänge bilden würden. Dadurch wird der Höchstwert von Φο für diesen Halbleiterkörper beschränkt und wird der zulässigen Größe von TVj für einen gegebenen Wert von f eine obere Grenze gesetzt So folgt aus der Gleichung (1), daß für einen Siliziumhalbleiterkörper der Wert von Ns kleiner als nahezu 2 - 10" Verunreinigungsatome/ctn2 für eine Dicke /des Sperrschichtgebietes von 10 nm sein muß, um dieses Gebiet nahezu erschöpft zu halten. -
In F i g. 3 ist das η-leitende Gebiet 2 höher (n +) mit Donatoren als das η-leitende Gebiet 3 dotiert Infolgedessen ist die Sperre Φι für Elektronen vom Gebiet 3 unter einer Vorspannung Vi (wobei das Gebiet 3 negativ in bezug auf das Gebiet 2 vorgespannt ist) niedriger als die Sperre Φ2 für Elektronen vom Gebiet 2 unter einer Vorspannung V2 (wobei das Gebiet 3 positiv in bezug auf das Gebiet 2 mit V2 = Vi vorgespannt ist). So wird das Bauelement wirksam und stromleitend bei einer niedrigeren Spannung, wenn das Gebiet 3 negativ in bezug auf das Gebiet 2 vorgespannt ist, als wenn es positiv vorgespannt ist. Insbesondere kann das Leitendwerden des Bauelements bei negativer Vorspannung (V|) bei weniger als 1 V (wobei die Elektronen vom η-leitenden Gebiet 3 über das Sperrschichtgebiet 1 zum η-leitenden Gebiet 2 fließen) auftreten, während das Leitendwerden bei positiver Vorspannung (V2) bei mehr als 10 V (wobei die Elektronen vom η-leitenden Gebiet
2 über das Sperrschichtgebiet 1 zum η-leitenden Gebiet
3 fließen) erfolgen kann. Die Werte von V) und V2 beim Leitendwerden des Bauelements werden durch die für die Gebiete 2 und 3 gewählte asymmetrische Dotierung bestimmt Die Dotierungskonzentration des ersten Gebietes 2 kann leicht mindestens zwei oder drei oder sogar vier Größenordnungen höher als die des zweiten Gebietes 3 gemacht werden.
Der Aktivator des Sperrschichtgebietes 1 kann ein Dotierungsmittel mit untiefem Niveau von dem am ersten und zweiten Gebiet 2 und 3 entgegengesetzten Leitungstyp sein. Ein derartiges Dotierungsmittel bildet ein untiefes Energieniveau im verbotenen Band des Halbleitermaterials in der Nähe der Kante des verbotenen Bandes, die der für ein Dotierungsmittel vom ersten Leitungstyp gegenüberliegt Das Sperrschichtgebiet 1 kann aber statt dessen mit einer Tiefniveauverunreinigung vom entgegengesetzten Leitungstyp dotiert sein. Eine derartige Verunreinigung weist ein Energieniveau tief in dem verbotenen Band weit von der Kante Ec sowie der Kante Ev des verbotenen Bandes und in der Nähe seiner Mitte auf. Ein möglicher Vorteil der Anwendung einer solchen Verunreinigung auf tieferliegendem Niveau als Aktivator ist, daß, indem eine genügend hohe Dotierung geliefert wird, die Potentialsperre einem Wert nahe kommen kann, der dem tiefen Energieniveau der Verunreinigung entspricht und der für die Größe der Tiefniveaudotierung unempfindlich ist
Für eine gegebene Dicke f bestimmt die Anzahl Ns von Aktivatoratomen vom entgegengesetzten Leitungstyp im Sperrschichtgebiet 1 im allgemeinen die Höhe der Potentialsperre Φο zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet 2 und 3 und somit die Größe des Stromflusses über das Sperrschichtgebiet 1 für eine gegebene Vorspannung. Um eine maximale Asymmetrie in den Kennlinien zu erhalten, ist es vorteilhaft, eine geringe Dicke t und eine hohe Netto-Dotierung N, für das Gebiet 1 zu wählen. Daher ist vorzugsweise die Aktivatorkonzentration vom entgegengesetzten Leitungstyp im Sperrschichtgebiet 1 z.B. mindestens eine oder zwei Größenordnungen höher als die Aktivatorkonzentration vom ersten Leitungstyp in diesem Gebiet Eine derart hohe Konzentration bringt mit sich, daß das Sperrschichtgebiet 1 auch sehr dünn sein muß, um bei Nullvorspannung erschöpft zu bleiben. Insbesondere weist das Sperrschichtgebiet eine Dicke von z.B. höchstens nahezu 25 nm auf.
F i g. 4 zeigt eine besondere Form eine Diodengemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Diode weist eine asymmetrische Strom-Spannungs-Kenniinie auf. was darauf zurückzuführen ist daß ihr erstes Gebiet
2 eine höhere Dotierungskonzentration vom ersten Leitungstyp als das zweite Gebiet 3 besitzt. Diese Diode ist daher vom allgemeinen durch das Potentialdiagramm nach F i g. 3 illustrierten Typ. Bei dieser Diode grenzt das erste Gebiet 2 an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers 20 und ist durch das nahezu erschöpfte Sperrschichtgebiet 1 von einem unterliegenden Halbleitergebiet 3 getrennt. Das an die Oberfläche grenzende Gebiet 2 wird daher einfach durch eine Elektrode 22 kontaktiert, die auf der Halbleiterkörperoberfläche angeordnet ist. Das Gebiet 2 wird seitlich von einer unerschöpften ringförmigen Zone 24 vom entgegengesetzten Leitungstyp begrenzt, die sich genügend tief in dem Körper 20 erstreckt, um das Sperrschichtgebiet 1 zu schneiden. Die unerschöpfte ringförmige Zone 24 wirkt als ein Schutzring ähnlich den in bekannten Schottky-Dioden verwendeten Schutzringen. Die Zone 24 stellt sicher, daß das Gebiet 2 seitlich von dem umgebenden Teil des Gebietes 3 getrennt und nicht mit diesem am Rande des Sperrschichtgebietes 1 kurzgeschlossen wird. Wie nachstehend beschrieben wird, kann eine solche unerschöpfte Zone 24 während desselben Dotierungsschrittes gebildet werden, der auch zur Bildung der erschöpften Sperrschichtgebietes 1 verwendet wird. Wie an Hand der F i g. 4 beschrieben wird, kann aber die Zone 24 eine Dotierung aufweisen, die von der des Sperrschichtgebietes 1 verschieden ist. Dadurch können die Dotierung und die Tiefe der Zone 24 unabhängiger gewählt werden, so daß die Zone 24 eine höhere Sperre mit dem Gebiet 3 als das Sperrschichtgebiet 1 bilden kann.
Das zweite Gebiet 3 der Diode nach Fig.4 bildet einen Teil einer epitaktischen Schicht auf einem stärker leitenden Substrat 13, das auch den ersten Leitungstyp aufweist. Die Elektrode 23 mit dem Gebiet 3 kontaktiert die Hinterfläche des Substrats 13. Auf diese Weise wird eine einfache Diode mit einander gegenüberliegenden Elektroden 22 und 23 gebildet.
Die Diode nach Fig.4 kann auf folgende Weise hergestellt werden. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, daß der erste Leitungslyp des ersten und des zweiten Gebietes 2 und 3 der η-Typ ist.
Auf einem stark leitenden η-Typ einkristallinen Siliziumsubstrat 13 wird eine η-leitende epitaktische Siliziumschicht 3 auf bekannte Weise aufgewachsen. Die epitaktische Schicht 3 kann einen spezifischen Widerstand von insbesondere z.B. 5Ω -cm und eine Dicke von z. B. 12 μηι aufweisen. Auf der Oberfläche der Schicht 3 wird eine thermische Oxidschicht auf bekannte Weise zur Anwendung als Maske gegen Dotierung angewachsen. Unter Verwendung bekannter photolithographischer und Ätztechniken werden ringförmige Fenster durch die Oxidschicht geätzt, an den Stellen, an denen die ringförmigen Zonen 24 in der epitaktischen Schicht erzeugt werden sollen. Es ist klar, daß im allgemeinen viele Dioden gleichzeitig in derselben Halbleiterscheibe dadurch hergestellt werden, daß die Bearbeitung an vielen Stellen auf der Scheibe durchgeführt und anschließend die Scheibe unterteilt wird, um gesonderte Halbleiterkörper für jede Diode zu erhalten. Der Einfachheit halber wird jedoch der Herstellungsvorgang nur für die an einer dieser Stellen durchgeführten Bearbeitung beschrieben.
Nachdem das ringförmige Fenster in der Oxidmaske geöffnet ist, wird ein Akzeptordotierungsmittel in die epitaktische Schicht 3 eingeführt, um die ρ+ -leitende ringförmige Zone 24 zu bilden, die sich bis zu einer größeren Tiefe als die Tiefe erstreckt, auf der das Sperrschichtgebiet 1 gebildet werden wird. Ein solches Dotierungsmittel kann durch bekannte Techniken, z. B. thermische Diffusion von Bor, eingeführt werden. Nach der Bildung der Zone 24 wird die ganze Dotierungsmaske entfernt, wird die Oberfläche der epitaktischen Schicht 3 gereinigt und wird eine frische Isolierschicht 26 auf bekannte Weise erzeugt. Diese Schicht 26 kann z. B. aus thermisch aufgewachsenem Siliziumoxid mit einer Dicke von z. B. 120nm bestehen. Unter Verwendung bekannter photolithographischer und Ätztechniken wird dann die Isolierschicht 26 mit einem Fenster 21 versehen, das in geringem Maße den Innenrand der vorher erzeugten ρ +-leitenden ringförmigen Zone 24 überlappt Über das Fenster 21 werden Aktivatorionen implantiert, wobei die Schicht 26 als Implantationsmaske verwendet wird, um ein hochdotiertes η + -leitendes Oberflächengebiet 2 und ein sehr dünnes hochdotiertes aber nahezu erschöpftes Sperrschichtgebiet 1 zu bilden. Vorzugsweise werden die Ionenenergie und -masse derart gewählt, daß das Gebiet 1 möglichst dünn (z. B. nahezu 15 nm dick) gemacht wird, während die Ionendosis derart gewählt wird, daß das Gebiet 1 möglichst hoch dotiert wird. Die Ionen für das Gebiet 1 können Ionen eines Flachniveauakzeptors sein, um die Donatorkonzentration des Substrats im Gebiet 1 zu überkompensieren. Ein geeignetes Akzeptorion ist Indium mit einer lonenstrahlenergie von z. B. 20 keV. Diese Energie für Indiumionen wird eine maximale Dotierungskonzentration für das Potentialsperrschichtgebiet auf einer Tiefe von nahezu 15 nm von der Siliziumoberfläche liefern.
Das Gebiet 2 wird durch eine Donatorimplantation von z. B. 10-keV-Antimonionen erzeugt, wodurch für das Gebiet 2 eine Tiefe von nahezu 10 nm erhalten wird. Die für das Gebiet 2 nach Fig.4 verwendete Donatordosis kann den Innenrand der ρ + -Schutzringes 24 überdotieren, wo er über das Fenster 21 freigelegt ist. Vorzugsweise wird das Gebiet 2 vor dem Gebiet 1 implantiert, um die Kanalbildung der implantierten Ionen herabzusetzen und so die Breite des Sperrschichtgebietes 1 zu verringern. Aus demselben Grunde werden die Implantationen vorzugsweise unter einem kleinen Winkel zu den Haupthalbleiterkristallachsen durchgeführt
Die Implantationen zur Bildung der Gebiete 1 und 2 können bei Zimmertemperatur mit Dosen insbesondere zwischen 1013 und 1014 Antimonionen/cm2 für das Gebiet 2 und zwischen z.B. 5 · 1012 und 5 · 1013 Indiumionen/cm2 für das Gebiet 1 durchgeführt werden. Die beiden implantierten Gebiete werden dann bei z. B. einer Temperatur von insbesondere 7500C und in einem Hochvakuum ausgeglüht ohne daß eine nennenswerte Diffusion auftritt Diese Ionendosen für das Sperrschichtgebiet 1 sind höher als die Netto-Werte von N5, die oben angegeben wurde, weil es notwendig ist sowohl die Dotierung der epitaktischen Schicht im Gebiet 1 als auch die Donatordotierung ebenfalls in diesem Gebiet infolge der Implantation des Gebietes 2 zu überdotieren.
Nach dem Ausglühen der implantierten Gebiete werden die η-leitenden Gebiete 2 und 3 auf bekannte Weise mit Elektroden in Form leitender Schichten 22 bzw. 23 versehen. Durch das Vorhandensein der Schichten 22 und 23, die einen nahezu ohmschen Kontakt mit den Gebieten 2 und 3 bilden, wird eine Majoritätsladungsträgerdiode erhalten. Die Elektroden 22 und 23 bestehen insbesondere aus einem Metall, z. B.
aus Aluminium oder Titan.
Fig. 5 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinien einer derartigen asymmetrischen Diode mit der Struktur nach F i g. 4, die unter Verwendung eines derartigen Verfahrens hergestellt wird. Die Diode nach F i g. 5 enthält eine η-leitende epitaktische Schicht 3 mit einem spezifischen Widerstand von 4 Ω · cm. Die einer Bordiffusion unterworfene ringförmige Zone 24 weist eine Tiefe von 0,5 μπι und eine kreisförmige Symmetrie mit einem Innendurchmesser von 55 μηι und einem Außendurchmesser von 90 μσι auf. Das Fenster 21 in der Oxidschicht 26 ist auch kreisförmig mit einem Durchmesser von 70 μπι. Das erste Gebiet 2 wird durch eine implantierte Antimondosis von 5 ■ 1013 Ionen/cm2 bei 10 keV erhalten. Das Sperrschichtgebiet 1 wird durch eine implantierte Indiumdosis von 1 ■ 1013 Ionen/cm2 bei 30 keV erhalten. Die implantierten Gebiete werden zusammen 15 Minuten lang bei 7500C im Vakuum ausgeglüht.
Die Strom-Spannungs-Kennlinien nach Fig.5 wer- 2« den dadurch gemessen, daß Durchlaß- und Sperrvorspannungen V] bzw. V2 über die Diodenelektroden 22 und 23 angelegt werden, wie in F i g. 4 dargestellt, und daß der erhaltene Stromfluß /gemessen wird. Unter der Vorspannung Vi wird das höher dotierte η-leitende 2r> Gebiet 2 mit einem positiven Potential in bezug auf das weniger hoch dotierte η-leitende Gebiet 3 vorgespannt und die Kennlinie /- Vi nach F i g. 5 wird erhalten. Unter einer Sperrvorspannung V2 wird das Gebiet 2 negativ in bezug auf das Gebiet 3 vorgespannt und die Kennlinie 1» 1-V2 wird erhalten. In der graphischen Darstellung nach F i g. 5 sind die Durchlaß- und Sperrspannungen Vi und V2 in Volt als Abszisse und ist der Stromfluß / über die Diode in mA in einem logarithmischen Maßstab als Ordinate aufgetragen. Aus Fig.5 ist ersichtlich, daß diese Majoritätsladungsträgerdiode unter Durchlaßvorspannung bei einer Spannung unter 1 V leitend wird und daß bei einer Durchlaßvorspannung von 1 V der Stromfluß durch die Diode 10 mA nahe kommt. Bei einer Sperrvorspannung von 1 V ist jedoch der Stromfluß durch die Diode weniger als 1 μΑ, wie in Fig.5 dargestellt ist. Sogar bei einer Sperrspannung von 15 V ist der Stromfluß nur nahezu 5μΑ. Eine derartige Diode kann z. B. als ein Gleichrichter verwendet werden.
In der Diode nach den F i g. 4 und 5 ist das ganze Sperrschichtgebiet 1 nahezu an beweglichen Ladungsträgern beider Leitungstypen bei Nullvorspannung erschöpft, dadurch, daß die Erschöpfungsschichten die das Sperrschichtgebiet 1 bei Nullspannung natürlicherweise mit dem ersten und dem zweiten Gebiet 2 und 3 der Diode bildet in dem Sperrschichtgebiet 1 zusammenfließen. Die Diode nach F i g. 4 und 5 weist daher eine Durchlaßkennlinie /- Vi mit einem abrupt verlaufenden Einschaltteil auf, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Wenn nicht nahezu das ganze Sperrschichtgebiet bereits ohne Vorspannung an Ladungsträgern beider Typen erschöpft wäre, würde eine Diode gebildet werden, wobei ein gleichmäßiger verlaufender Einschaltteil der Strom-Spannungs-Kennlinie mit höherem Spannungsabfall. sowie eine niedrigere Schaltgeschwindigkeit erhalten werden würden, welches Verhalten ohne weiteres gemessen werden kann. So kann durch solche Messungen festgestellt werden, ob, wie erforderlich, das Sperrschichtgebiet 1 nahezu erschöpft ist oder nicht
In der Diode nach F i g. 6 ist die ringförmige Zone 24 während des Dotierungsschrittes gebildet, der auch zuf-Bildung des erschöpften Sperrschichigebietes 1 angewandt wurde. Der Vorteil einer derartigen Ausführung ist, daß die für die Herstellung benötigte Anzahl von Bearbeitungsschritten erheblich herabgesetzt wird und eine sehr gedrängte Struktur gebildet werden kann. Dies kann auf folgende Weise erzielt werden. Nach Ablagerung der epitaktischen Schicht 3 wird die thermisch angewachsene Oxidschicht 26 mh einer Dicke bis zu z.B. 150nm erzeugt. Das Fenster 21, das den Umrissen des erforderlichen ersten Gebietes 2 entspricht, wird dann in der Schicht 26 gebildet und Ionen zur Bildung des ersten Gebietes 2 werden über das Fenster 21 unter Verwendung der Schicht 26 als Implantationsmaske implantiert. Die Struktur wird dann einer Tauchätzbehandlung in z. B. verdünnter Fluorwasserstoffsäure unterworfen, um etwa z. B. 40 nm der Schicht 26 wegzuätzen. Durch diese Tauchätzbehandlung wird daher das Fenster 21 etwas verbreitert. Das verbreiterte Fenster 21 wird dann als Implantationsfenster für das implantierte Sperrschichtgebiet verwendet, das sich bis zu der Oberfläche rings um das implantierte Gebiet 2 erstreckt. Das verbreiterte Fenster 21 kann auch als Kontaktfenster für die Elektrode 22 verwendet werden, die das erste Gebiet 2 kontaktiert; in diesem Falle kontaktiert die Elektrode 22 auch die ringförmige Zone 24. Die durch die Ätzung erhaltene Verbreiterung des Fensters 21 und somit die Breite der sich ergebenden ringförmigen Zone 24 können genügend gering gemacht werden, damit diese Zone 24 auch nahezu erschöpft ist. Eine breite Zone 24, die während der Implantation des Sperrschichtgebietes implantiert wird, ist jedoch nicht völlig erschöpft und verhält sich somit auf gleiche Weise wie die diffundierte p-leitende Zone 24 in der Anordnung nach Fig.4. Erwünschtenfalls kann eine weitere Isolierschicht im vergrößerten Fenster 21 entweder vor oder nach der Implantation des Sperrschichtgebietes abgelagert werden, wonach in dieser weiteren Schicht ein Kontaktfenster gebildet werden kann, so daß nur das Gebiet 2 für Kontaktierung durch die Elektrode 22 freigelegt wird.
Eine andere Abwandlung nach F i g. 6 besteht darin, daß eine Dotierungskonzentration 30 im zweiten Gebiet 3 in der mit dem Sperrschichtgebiet 1 gebildeten Erschöpfungsschicht vorhanden ist. Die Dotierungskonzentration 30 ist höher als die in der unterliegenden Masse des Gebietes 3. Eine derartige vergrößerte Dotierungskonzentration 30 kann einfach durch Implantation von Dotierungsionen in das Gebiet 3 gebildet werden, die den gleichen Leitungstyp wie das Gebiet 3 aufweisen, wobei die Implantation bei einer derartigen Energie durchgeführt wird, daß diese Ionen etwas weiter in den Halbleiterkörper als die Ionen in das implantierte Sperrschichtgebiet eindringen. Wenn die Dotierungskonzentration 30 wenigstens hauptsächlich innerhalb der an Nullvorspannung liegenden Erschöpfungsschicht liegt, die sich vom Sperrschichtgebiet 1 bis in das Gebiet 3 erstreckt, tritt ein vernachlässigbarer Effekt auf die asymmetrische Dotierung der Gebiete 2 und 3 auf. Die Dotierungskonzentration 30 wird daher vorzugsweise innerhalb nahezu 15 nm vom Sperrschichtgebiet 1 gebildet. Eine derartige örtlich vergrößerte Dotierungskonzentration 30 dient dazu, die Größe des elektrischen Feldes im Gebiet 3 in der Nähe des Sperrschichtgebietes 1 zu erhöhen. Infolgedessen erhält der abfallende Teil der Potentialkurve im Gebiet 3, die im Potentialdiagramm nach F i g. 3 dargestellt ist. einen steileren Verlauf und fließen Träger leichter über die Potentialsperre zwischen den Gebieten 2 und 3. Eine bevorzugt= Donatorionendosis für die Bildung der
Dotierungskonzentration 30 kann ζ. Β. zwischen 2 und 5 ■ 1012 Arsenionen/cm2 liegen.
F i g. 6 zeigt auch eine weitere Abwandlung, bei der die Elektrode 22, die ±j> erste Gebiet 2 kontaktieri, mit einer öffnung versehen ist Auf diese Weise kann ein Fenster für Photonenstrahlung auf dem größten Teil des ersten Gebietes 2 erhalten werden. Die in Fig.6 dargestellte Elektrode 22 ist ringförmig und kontaktiert den Umfang des Gebietes 2. Eine derartige Diode kann als ein Photonen-Detektor für niedrige Intensität mit einer hohen Quantumausbeute und Verstärkung zum Nachweisen von durch das Elektrodenfenster einfallender Photonenstrahlung verwendet werden. Minoritätsladungsträger, die von der Strahlung erzeugt werden, können im Sperrschichtgebiet ί gesammelt werden, wodurch die Höhe der Sperre und die Größe des Minoritätsladungsträgerstromflusses über die Sperre geändert werden. Die Elektrodenschicht 22 kann z. B. aus hochdotiertem polykristallinem Silizium oder einem Metall bestehen.
Das Sperrschichtgebiet 1 und das erste und das zweite Gebiet 2 bzw. 3 können leicht mit anderen Halbleitergebieten und Elektroden integriert werden, um komplexere Halbleiterbauelemente zu bilden.
Obgleich Ionenimplantation als besonders geeignet für die Bildung des schmalen, nahezu erschöpften Sperrschichtgebietes 1 und z. B. des hochdotierten ersten Gebietes 2 erwähnt wurde, sind auch andere bekannte Techniken möglich. So wäre Molekularstrahlepitaxie geeignet für die Bildung solcher dünnen dotierten Gebiete mit z. B. einem III—V-Halbleitermaterial, wie Galliumarsenid. Die seitlichen Abmessungen von Gebieten, die mit Hilfe von Molekularstrahlepitaxie angewachsen sind, können durch eine anschließende lokalisierte Bearbeitung, z. B. eine lokalisierte Entfernung durch Ätzen, lokalisierte Oberdotierung oder die
jo Bildung von halbisolierenden Zonen unter Verwendung eines lokalisierten Protonenbeschusses definiert werden.
Das erste und das zweite Gebiet 2 und 3 können auch p-leitend sein und es kann die Verunreinigungskonzentration des Sperrschichtgebietes 1 durch Donatorniveaus gebildet werden. Auch ist es einleuchtend, daD Elektroden, die zum Anlegen einer Vorspannung über dem Sperrschichtgebiet 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet 2 und 3 und zum Definieren in einer Halbleiteranordnung eines Stromweges dienen, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet 2 und 3 über das Sperrschichtgebiet 1 erstreckt, nicht direkt die Gebiete 2 und 3 zu kontaktieren brauchen, sondern indirekt mit diesen Gebieten über weitere Halbleitergebiete oder sofc'ir weitere Schaltungselemente der Bauelemente verbunden werden können, je nach der besonderen Struktur des Bauelements.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit einem ersten und einem zweiten Gebiet von einem ersten Leitungstyp, von denen das erste Gebiet eine höhere Dotierungskonzentration als das zweite Gebiet aufweist und die durch ein Sperrschichtgebiet mit einer Netto-Aktivatorkonzentration vom entgegengesetzten Leitungstyp voneinander getrennt sind, derart, daß bei Stromdurchgang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet über das Sperrschichtgebiet der Strom durch das Sperrschichtgebiet durch Ladungsträger vom ersten Leitungstyp gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrschichtgebiet (1) so dünn ist, daß es nahezu ganz an beweglichen Ladungsträgern vom ersten sowie vom entgegengesetzten Leitungstyp erschöpft ist, ohne daß eine Vorspannung zwischen dem ersten (2) und dem zweiten (3) Gebiet angelegt ist.
    2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrschichtgebiet (1) ein Halbleitergebiet ist, das mit Aktivatoratomen vom entgegengesetzten Leitungstyp dotiert ist
    3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sperrschichtgebiet (1) die Konzentration von Aktivatoren vom entgegengesetzten Leitungstyp mindestens zwei Größenordnungen höher als die Konzentration von jo Aktivatoren vom ersten Leitungstyp ist.
    4. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gebiet (2) an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzt und durch das Sperr- J5 schichtgebiet (1) von einem darunterliegenden Halbleiterkörperteil getrennt ist, der zu dem zweiten Gebiet (3) gehört.
    5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Oberfläche grenzende erste Gebiet (2) seitlich von einer nichterschöpften ringförmigen Zone (24) vom entgegengesetzten Leitungstyp begrenzt wird, die das erste Gebiet (2) seitlich von einem Teil des zweiten Gebietes (3) trennt und sich genügend tief in den Körper erstreckt, um das Sperrschichtgebiet (1) zu schneiden.
    6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nichterschöpfte ringförmige Zone (24) eine Dotierung aufweist, die von der so des Sperrschichtgebietes (1) verschieden ist.
    7. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Gebiet (2) eine erste Elektrode und auf dem zweiten Gebiet (3) eine zweite Elektrode si angebracht sind.
    8. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gebiet (3) in der mit dem Sperrschichtgebiet (1) gebildeten Erschöpfungsschicht eine höhere w) Dotierungskonzentration als in seinem darunterliegenden Teil aufweist.
    9. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gebiet (?) ein Teil einer epitaklischen h5 Schicht vom ersten Lcitungstyp ist, der auf einem stärker leitenden Substrat (13) vom ersten Leitungstyp liegt, während eine Elektrode (23) für das /weite
    Gebiet das Substrat (13) kontaktiert (F i g. 4).
    10_ Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gebiet ein Teil einer epitaktischen Schicht vom ersten Leitungstyp ist, der auf einem Substrat vom entgegengesetzten Leitungstyp liegt, während eine Elektrode für das zweite Gebiet die Oberfläche der epitaktischen Schicht kontaktiert. .
    11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrschichtgebiet dadurch gebildet wird, daß in einem Halbleiterkörperteil vom ersten Leitungstyp durch eine Halbleiterkörperoberfläche Ionen eines Dotierstoffs vom entgegengesetzten Leitungstyp implantiert werden, wobei die Energie der implantierten Ionen derart gewählt wird, daß eine maximale Konzentration des Dotierstoffs im Körper in Abstand von der Oberfläche erhalten wird.
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Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5378788A (en) * 1976-12-23 1978-07-12 Hitachi Ltd Temperature-compensation-type constant voltage element
DE2800820A1 (de) * 1978-01-10 1979-09-27 Hermann Dr Ing Mader Halbleiter-diode
US4357178A (en) * 1978-12-20 1982-11-02 Ibm Corporation Schottky barrier diode with controlled characteristics and fabrication method
US4373166A (en) * 1978-12-20 1983-02-08 Ibm Corporation Schottky Barrier diode with controlled characteristics
FR2460040A1 (fr) * 1979-06-22 1981-01-16 Thomson Csf Procede pour realiser une diode schottky a tenue en tension amelioree
GB2056166B (en) * 1979-08-08 1983-09-14 Philips Electronic Associated Hot-electron or hot-hole transistor
US4260431A (en) * 1979-12-21 1981-04-07 Harris Corporation Method of making Schottky barrier diode by ion implantation and impurity diffusion
US4353081A (en) * 1980-01-29 1982-10-05 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Graded bandgap rectifying semiconductor devices
JPS56133867A (en) * 1980-03-21 1981-10-20 Semiconductor Res Found Thermoelectric emission transistor
JPS5775464A (en) * 1980-10-28 1982-05-12 Semiconductor Res Found Semiconductor device controlled by tunnel injection
NL8103376A (nl) * 1981-07-16 1983-02-16 Philips Nv Weergeefinrichting.
US4544939A (en) * 1981-08-25 1985-10-01 Rca Corporation Schottky-barrier diode radiant energy detector with extended longer wavelength response
US4449140A (en) * 1981-12-24 1984-05-15 National Research Development Corporation Semi-conductor barrier switching devices
GB2121600A (en) * 1982-05-10 1983-12-21 Philips Electronic Associated Gate controlled unipolar hot-carrier transistors
EP0099979B1 (de) * 1982-07-26 1987-04-08 LGZ LANDIS &amp; GYR ZUG AG Magnetfeldsensor und dessen Verwendung
DE3237379A1 (de) * 1982-10-08 1984-04-12 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Transistor mit einstellbarer energiebarriere und seine verwendung
US4829349A (en) * 1983-06-30 1989-05-09 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Transistor having voltage-controlled thermionic emission
GB2151844A (en) * 1983-12-20 1985-07-24 Philips Electronic Associated Semiconductor devices
GB2151843A (en) * 1983-12-20 1985-07-24 Philips Electronic Associated Semiconductor devices
US5214297A (en) * 1984-11-19 1993-05-25 Fujitsu Limited High-speed semiconductor device
EP0235248B1 (de) * 1985-07-12 1995-03-01 Hewlett-Packard Company Detektor und mischdiode mit null-polarisationsspannung und herstellungsverfahren
JPS6272163A (ja) * 1985-09-26 1987-04-02 Toshiba Corp 半導体装置
DE3708474A1 (de) * 1987-03-16 1988-09-29 Licentia Gmbh Majoritaetstraeger-halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung
NL8701497A (nl) * 1987-06-26 1989-01-16 Philips Nv Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling.
US4847666A (en) * 1987-12-17 1989-07-11 General Motors Corporation Hot electron transistors
JP2731089B2 (ja) * 1991-10-02 1998-03-25 三菱電機株式会社 高速動作半導体装置およびその製造方法
US5258640A (en) * 1992-09-02 1993-11-02 International Business Machines Corporation Gate controlled Schottky barrier diode
US5329151A (en) * 1993-04-09 1994-07-12 At&T Bell Laboratories Semiconductor diode
DE60030059T2 (de) * 1999-04-08 2007-03-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Durchbruchsdiode und verfahren zur herstellung
US7397102B2 (en) * 2005-04-20 2008-07-08 Taurus Micropower, Inc. Junction barrier schottky with low forward drop and improved reverse block voltage
US7442629B2 (en) 2004-09-24 2008-10-28 President & Fellows Of Harvard College Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate
US7057256B2 (en) 2001-05-25 2006-06-06 President & Fellows Of Harvard College Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices
FR2832547A1 (fr) * 2001-11-21 2003-05-23 St Microelectronics Sa Procede de realisation d'une diode schottky sur substrat de carbure de silicium
US7057220B2 (en) * 2003-10-09 2006-06-06 Micron Technology, Inc. Ultrashallow photodiode using indium
US7649496B1 (en) * 2004-10-12 2010-01-19 Guy Silver EM rectifying antenna suitable for use in conjunction with a natural breakdown device
US7847315B2 (en) * 2007-03-09 2010-12-07 Diodes Fabtech Inc. High efficiency rectifier
US8212327B2 (en) * 2008-03-06 2012-07-03 Sionyx, Inc. High fill-factor laser-treated semiconductor device on bulk material with single side contact scheme
US8270131B2 (en) * 2009-07-31 2012-09-18 Infineon Technologies Ag Electrostatic discharge protection element and electrostatic discharge protection chip and method of producing the same
US9911781B2 (en) 2009-09-17 2018-03-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
US9673243B2 (en) 2009-09-17 2017-06-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
US8692198B2 (en) 2010-04-21 2014-04-08 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
EP2583312A2 (de) 2010-06-18 2013-04-24 Sionyx, Inc. Lichtempfindliche hochgeschwindigkeitsvorrichtungen und verfahren dafür
US9496308B2 (en) 2011-06-09 2016-11-15 Sionyx, Llc Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods
CN103946867A (zh) 2011-07-13 2014-07-23 西奥尼克斯公司 生物计量成像装置和相关方法
US9064764B2 (en) 2012-03-22 2015-06-23 Sionyx, Inc. Pixel isolation elements, devices, and associated methods
US9762830B2 (en) 2013-02-15 2017-09-12 Sionyx, Llc High dynamic range CMOS image sensor having anti-blooming properties and associated methods
US9939251B2 (en) 2013-03-15 2018-04-10 Sionyx, Llc Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods
WO2014209421A1 (en) 2013-06-29 2014-12-31 Sionyx, Inc. Shallow trench textured regions and associated methods

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3615929A (en) * 1965-07-08 1971-10-26 Texas Instruments Inc Method of forming epitaxial region of predetermined thickness and article of manufacture
US3430113A (en) * 1965-10-04 1969-02-25 Us Air Force Current modulated field effect transistor
US3458781A (en) * 1966-07-18 1969-07-29 Unitrode Corp High-voltage planar semiconductor devices
US3488527A (en) * 1967-09-05 1970-01-06 Fairchild Camera Instr Co Punch-through,microwave negativeresistance device
US3814993A (en) * 1972-11-15 1974-06-04 Us Navy Tuneable infrared photocathode
US3823352A (en) * 1972-12-13 1974-07-09 Bell Telephone Labor Inc Field effect transistor structures and methods
GB1459231A (en) * 1973-06-26 1976-12-22 Mullard Ltd Semiconductor devices
US3940783A (en) * 1974-02-11 1976-02-24 Signetics Corporation Majority carriers-variable threshold rectifier and/or voltage reference semiconductor structure
GB1503570A (en) * 1974-03-28 1978-03-15 Sony Corp Semiconductor devices
US3964084A (en) * 1974-06-12 1976-06-15 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Schottky barrier diode contacts

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