DE2808508A1

DE2808508A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2808508A1
Application number: DE19782808508
Authority: DE
Inventors: Richard Wayne Dixon; Louis Alex Koszi; Franklin Richard Nash
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-03-01
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1978-09-07
Also published as: NL7802222A; US4124826A; CA1110367A; JPS53134378A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente, insbesondere auf (pn-) übergangslaser mit Streifengeometrie.

Der Übergangs-Halbleiterlaser mit Streifengeometrie wurde erstmalig in der US-PS 33 63 195 als ein Mittel zur Reduzierung der Anzahl stimuliert emittierender Moden vorgeschlagen. Die Streifengeometrie reduziert auch die Schwellenwertstromdichte für stimulierte Emission und begrenzt die räumliche Breite des Ausgangsstrahlenbündels. Seit diesem frühen Vorschlag sind zahlreiche Laser-Konfigurationen zur Weiterentwicklung des Streifengeometriekonzeptes entworfen worden, so

1. der Oxidstreifenlaser nach J. C. Dyment et al, Appl. Phys. Let., Band 10, Seiten 84-86 (1967) ''

2. der protonenbombardierte Streifenlaser nach der US-PS 38 Zi 133

3. der Mesastreifenlaser nach T. Tsukada et al, Appl. Phys. Let., Band 20, Seiten 344-345 (1972) und US-PS 38 33 435

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4. die in Sperrichtung betriebenen pn-Übergangs-Isolationslaser nach H. Yonezu et al, Japan JAP, Band 12, Seiten 1582-1592 (1973); K. Itoh et al, IEEE JQE-11, 421 (1975); G. H. B. Thompson und US-PS 37 80 3 58; US-PS 39 84 26 2

5. die Bandwellenleiter-Laser nach US-PS 38 83 821

6. die zahlreichen Typen mit vergrabener HeteroStruktur nach T. Tsukuda, J. Appl. Phys., Band 45, Seiten 4899 (1974); T. P. Lee et al, Appl. Phys. Let., Band 29, Seiten 164 (1976) und M. Takusagawa et al, Proc. IEEE Let., Band 61, Seite 1758 (1963).

Die während der letzten 7 Jahre zumeist benutzte Laser-Form war jedoch der protonenbombardierte Doppelheterostruktur-(DH-) GaAs-AlGaAs-Laser. Laser dieser Art haben regelmäßig eine Lebensdauer von mehr als 10.000 Stunden, und viele Exemplare haben eine Lebensdauer von 100.000 Stunden (beruhend auf beschleunigen Alterungsversuchen) überschritten.

Ein Problem dieser Anordnung ist mit der Herstellung der elektrischen Metallkontakte zum Halbleiterkörper verknüpft, insbesondere der Kontakt zur protonenbombardierten Halbleiteroberfläche. Durch geeignete Maskierung werden durch Protonenbombardment seitlich im Abstand voneinander liegende Zonen hohen spezifischen Widerstandes gebildet, die einen

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schmalen (typischerweise 12 μπι breiten) streifenförmigen Kanal niedrigen spezifischen Widerstandes unter der Maske begrenzen und die sich zwischen den Laser-Spiegeln längs erstrecken. Da der Strom in Durchlaßrichtung durch die protonenbombardierten Zonen auf den schmalen streifenförmigen Kanal eingeschnürt wird und da die Stromdichten bei diesen Bauelementen ziemlich hoch sind (typischerweise

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2000 A/cm ) ist ein sehr guter Metall/Halbleiterkontakt an dieser Oberfläche erforderlich (d. h. ein spezifischer

—5 2 Kontaktwiderstand von etwa 10 λ cm oder darunter ist erwünscht). Die Herstellung eines Kontaktes dieser hohen Qualität war bisher eines der dominierenden Hindernisse für den Erhalt von reproduzierbar zuverlässigen Lasern mit hoher Ausbeute. Tatsächlich ist dieses Problem sogar noch gravierender geworden als schmalere (z. B. 8 μκι breite) Streifen als ein Mittel zur verstärkten Kontrolle der fadenförmigen stimulierten Emission gewählt wurden (siehe Dixon et al, APL, 29, 372 (1976).

Die erfindungsgemäße Lösung dieses Kontaktierungsproblems

ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Hiernach werden beispielsweise bei Übergangslasern die Zonen hohen spezifischen Widerstandes so angeordnet, daß sie von der oberen Halbleiteroberfläche und dem Kontakt durch eine

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Zone niedrigen spezifischen Widerstandes getrennt sind; d. h. die Zonen hohen spezifischen Widerstandes sind unterhalb der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers vergraben. Diese Anordnung ermöglicht einen Stromfluß vom oberen Kontakt in den Halbleiterkörper (d. h. in die Zone niedrigen spezifischen Widerstandes) in einem stark vergrößerten Gebiet, wodurch die Qualität der Metallkontakt/Halbleiterkörper-Grenzfläche für die Herstellung reproduzierbar zuverlässiger Laser in hoher Ausbeute weniger wichtig wird. Ist der Strom einmal im Halbleiterkörper, dann fließt er seitlich in der Zone niedrigen spezifischen Widerstandes zum streifenförmigen Kanal hin, wo üblicherweise der aktive Bereich des Lasers gelegen ist. Die stimulierte Emission aus dem aktiven Bereich tritt, in der üblichen Weise auf.

Obgleich die vorstehende Erläuterung das Kontaktproblem und dessen erfindungsgemäße Lösung an dem Beispiel der Übergangslaser-Technologie erfolgt ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und bezieht sich auf jedesmit hoher Stromdichte beaufschlagte Halbleiterbauelement, das durch Einschnüren des

f Stromflusses auf einen schmalen Kanal mit Hilfe seitlich im Abstand voneinander liegender, den Kanal begrenzender Zonen hohen spezifischen Widerstandes betrieben wird. Der Kanal braucht dabei nicht Rechteckstreifenform wie bei einem Laser zu haben, sondern kann auch jede andere geometrische Form annehmen.

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Demgemäß bezieht sich die Erfindung allgemein auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, einem auf einer Hauptfläche desselben vorgesehenen elektrischen Kontakt für die Stromzufuhr, einem Kanal niedrigen spezifischen Widerstandes im Halbleiterkörper für den Stromfluß von Kontakt aus und einem Paar seitlich im Abstand voneinander liegender Zonen hohen spezifischen Widerstandes im Halbleiterkörper, die den Kanal begrenzen und den Stromfluß hierauf einschnüren; und die Erfindung besteht für ein solches Halbleiterbauelement im wesentlichen darin, daß die Zonen hohen spezifischen Widerstandes vom Kontakt nach unten durch eine Zone niedrigen spezifischen Widerstandes auf Abstand gehalten sind, um so die Stromdichte an der Kontakt/Halbleiter-Grenzfläche zu reduzieren.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Halbleiterbauelement ein pn-übergangs-GaAs/AlGaAs-DH-Laser mit Streifengeometrie, bei dem der Streifen durch Protonenbombardment erzeugt ist. Wie erwähnt sind dabei aber die protonenbombardieren Zonen hohen spezifischen Widerstandes nach unten vom Kontakt durch eine Zone niedrigen spezifischen Widerstandes getrennt (also unterhalb des Kontaktes vergraben), so daß Strom in den Halbleiterkörper über ein stark vergrößertes Gebiet eintreten kann. Diese erfindungs-

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gemäße Merkmal ist auch bei anderen Übergangslaser-Ausführungsformen gleichermaßen anwendbar, z. B. bei den Lasern mit Homostruktur, Einfachheterostruktur und liaterostruktur für getrennte optische Eingrenzung und Ladungsträgereingrenzung.

Entsprechend der Erfindung können die vergrabenen Zonen hohen spezifischen Widerstandes auch in umgekehrter Reihenfolge zweier im Standardfabrikationsprozeß vergesehener Schritte erzeugt werden: Hiernach wird nach Vervollständigung des epit_aktischen Aufwachsens des gewünschten Halbleitermaterials ein Protonenbombardreient durchgeführt, bevor die oberste epit^aktische Schicht einer Zinkdiffusion unterworfen wird. Es war nämlich nicht zu erwarten, daß diese umgekehrte Reihenfolge zu einem Bauelement mit gut definiertem Stromfluß führen könnte.

Tatsächlich sind die Zeiten und Temperaturen des Zink-Diffuionszyklus so, daß in der einschlägigen Literatur (J. C. Dyment et al, J. Appl. Phys., Band 44, Seite 207 (1973) und US-PS 38 24 133) vermutet wurde, daß die Wirksamkeit des Protonenbombardments zur Erzeugung der Stromeinschnürung durch eine nachfolgende ZinK-Diffusion wieder zerstört würde. In den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen

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wurde jedoch gefunden, daß dieses nicht zutrifft.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im
einzelnen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht eines bekannten Übergangslasers mit Streifengeometrie, der durch Protonenbombardment erzeugt ist,

Fig. 2 eine schematische Teilschnittansicht eines

erfindungsgemäß ausgebildeten Übergangslasers mit Streifengeometrie und

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Dotierungsund Protonenbeschädigungsprofile zur Erläuterung einer der Herstellungsmethoden für den Ubergangslaser nach Fig. 2, wobei auf der
Ordinate die Anzahl Zentren pro cm aufgetragen sind, d. h. die Anzahl Beschädigungszentren für die Protonenbombardmentkurve I und die Anzahl der Zink-Akzeptorzentren für die Diffusionskurve II.

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Vor einer detaillierten Erörterung der Erfindung ist es zweckmäßig, zunächst Aufbau und Herstellung eines bekannten Übergangslasers mit Streifengeometrie anhand der Fig. 1 zu beschreiben. Der dort dargestellte Laser entspricht dem in der U5-PS 38 34 133 beschriebenen. Dieser Laser-Typ weist im Regelfall ein n-GaAs-Substrat 10 auf, auf dem die folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge epit^aktisch aufgewachsen sind (üblicherweise im Plüssigphasenepitaxieverfahren).

Eine flankierende Schicht 12 breitenEnergiebandabstandes aus η-Al Ga₁ _ As (O <. χ £ 1) , eine aktive p-GaAs-Schicht schmaleren Energiebandabstandes und eine weitere flankierende Schicht 16 breiten Energiebandabstandes aus p-Al Ga,_ As (O < y 4 1) , wobei typischerweise 0,24 <- x, y < 0,36 gelten. Zweckmäßig kann noch einep-GaAs-Deckschicht (nicht dargestellt) auf der Schicht 16 vorgesehen sein, um die elektrische Kontaktierung zu erleichtern. Wie dem auch sei, ist in der obersten Epitaxieschicht eine hochleitende Schicht 19 durch Eindiffundieren von Akzeptoratomen in hoher Konzentration erzeugt. Typischerweise wird hierzu Zink (Zn) auf eine Tiefe von etwa

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200 μΐη und mit einer Konzentration von etwa 10 /cm eindiffundiert.

Wie allgemein bekannt, kann die aktive Schicht 14 auch etwas Aluminium enthalten. In diesem Falle liegt die Schicht 14

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in der Zusammensetzung Al_rGa, As mit O < ζ ^- 0,4, wobei ζ kleiner als χ und auch kleiner als y ist und beispielsweise ZV/i sehen O und 0,1 gelegen ist. Darüberhinaus kann ein kleiner Zusatz von Phosphor in den Schichten vorgesehen sein, um AlGaAsP zu erzeugen (siehe US-PS 39 58 263 und 39 6 2 716). Der Leitungstyp der aktiven Schicht 14 braucht nicht p-leitfähig zu sein, die Schicht kann demgemäß auch kompensiert, η-leitend oder sowohl n- als auch p-leitend sein.

Vor dem Niederschlag oder der anderweitigen Erzeugung des elektrischen Metallkontaktes 18 auf der obersten Epitaxieschicht (d. h. auf der Epitaxieschicht, die der oberflächlichen Zink-Diffusion unterworfen worden ist), wird die Oberseite geeignet maskiert, um einen schmalen, streifeiförmigen Kanal 22 zu definieren, der sich längs der Länge des Lasers erstreckt, d. h. längs der Achse des Laser-Resonators, der durch oberhalb und unterhalb der Zeichenebene der Fig. 1 sowie parallel hierzu verlaufende, einander gegenüberstehende (wenigstens teilweise) reflektierende Flächen gebildet ist. Nach der Maskierung wird die obere Oberfläche einem Protonenbombardment geeigneter Dosis und Energie unterworfen, um den Halbleiter krί stall in den unmaskierten Gebieten in einer Tiefe nahe dem an der Grenzfläche zwischen den Schichten 12 und 14 gebildeten pn-übergang 13 oder noch tiefer zu beschädigen. Durch diesen Verfahrensschritt werden

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nebeneinander liegende, getrennte Zonen 20 hohen spezifischen Widerstandes erzeugt, die den schmalen streifenförmigen Längskanal 22 des Lasers begrenzen. Außerdem erstrecken sich die Zonen 20 senkrecht von einer in der Nähe oder etwas unterhalb des pn-übergangs 13 gelegenen Ebene zur Oberseite der zink-diffundierten Schicht 19. Entsprechend derartiger Standardfabrikationsmethoden reicht die durch Protonenbombardment verursachte Beschädigung aus, auch die Teile 19.1 der hochleitenden Schicht 19 außerhalb des streifenförmigen Kanals 22 in ein Material vergleichsweise hohen spezifischen Widerstandes umzuwandeln. Der Teil 19.2 verbleibt jedoch als Material niedrigen spezifischen Widerstandes.

Schließlich wird auf der Schicht 19 der Kontakt 18 erzeugt, ebenso ein geeigneter (nicht dargestellter) Kontakt auf der gegenüber liegenden Hauptfläche des Substrates 10. Für Dauer strichbetrieb bei Zimmertemperatur sind folgende Bedingungen erwünscht: die aktive Schicht 14 sollte kleiner als 1,0 μπι und vorzugsweise etwa 0,15 μπι dick sein und der Kontakt 18 sollte an eine geeignete Wärmesenke 18 gebunden oder anderweitig gekoppelt sein. Den Kontakten wird Strom in Durchlaßrichtung in einer Stärke oberhalb des Schwellenwertes (z. B. etwa 100 bis 150 mA für einen 300-500 μπι langen Laser) zugeführt. Da die Zonen 20 viel höheren spezifischen

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Widerstand als der streifenförmige Kanal 22 haben, wird der vom Kontakt 18 aus eintretende Strom in seinem Fluß auf den schmalen Kanal 22 eingeschnürt, der typischerweise etwa 12 μπι breit ist. Dieser, durch die Pfeile 24 dargestellte Strom, regt den. aktiven Bereich zur stimulierten Emission an, der durch den von den Zonen 20 begrenzten Teil 26 der aktiven Schicht 14 definiert ist. Die stimulierte Emission aus der aktiven Zone 26 resultiert von einer dort stattfindenden Rekombination von Löchern und Elektronen.

Da der Anregungsstrom durch die Zonen 20 auf den schmalen streifenförmigen Kanal 22 eingeschnürt ist und da die Stromdichte bei diesem Laser-Typus recht hoch ist, (typi-

scherweise 2000 A/cm ), ist ein sehr guter Metall/Halbleiter-Kontakt 18 erforderlich. Beispielsweise ist im Einzelfall

-5 2 ein spezifischer Kontaktwiderstand von etwa 10 0hm cm oder darunter wünschenswert. Der Erhalt eines Kontaktes 18 in so hoher Qualität ist eines der bedeutsamen Hindernisse bei der Herstellung reproduzierbarer, zuverlässiger Laser dieser allgemeinen Bauart mit hoher Ausbeute. Darüberhinaus verschärft sich dieses Problem insbesondere dann, wenn beispielsweise zur Kontrolle einer fadenförmigen stimulierten Emission noch schmalere Streifenzonen 22 zu verwenden sind.

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Es wurde nun gefunden, daß die Anforderungen nach einem hochqualitativen Kontakt 18 wesentlich abgemildert worden können, wenn die protonenbombardierten Zonen hohen spezifischen Widerstandes unterhalb der oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers vergraben werden derart, daß diese Zonen von der Oberfläche durch eine Zone niedrigen spezifischen Widerstandes getrennt sind. Diese Konfiguration ermöglicht einen Stromfluß aus dem Kontakt 18 in den Halbleiterkörper über einen stark vergrößeren Querschnitt, so daß die Qualität der Grenzfläche zwischen Kontakt 18 und dem Halbleiterkörper für den Betrieb des Lasers weniger kritisch wird.

Dieser Sachverhalt ist in Fig. 2 dargestellt. Hiernach weist das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper 100 auf, ferner einen elektrischen Metallkontakt 110 auf einer Hauptfläche des Körpers 100 und ein Paar seitlich einander im Abstand gegenüber liegende Zonen 120 hohen spezifischen Widerstandes innerhalb des Körpers, die den Stromfluß auf einen schmalen Kanal 130 einschnüren. Eine Zone 140 niedrigen spezifischen Widerstandes trennt die Zonen 120 hohen spezifischen Widerstandes vom Kontakt 110. Demgemäß fließt der durch die Pfeile 150 dargestellte Strom in die Zone 140 niedrigen spezifischen Widerstandes des Körpers 100 über ein Querschnittsgebiet, das viel größer ist als das durch den schmalen Kanal 130 definierte Querschnittsgebiet. Nach seinem

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Eintritt in die Zone 140 niedrigen spezifischen Widerstandes fließt der Strom sowohl seitlich als auch senkrecht nach unten zum einschnürenden Kanal 130 hin. Ersichtlich ist also die Stromdichte an der Grenzfläche zwischen der Zone 140 und dem Kontakt 110 viel kleiner als bei dem bekannten Laser nach Fig. 1. Demgemäß ist es leichter, den Kontakt 110 mit der erforderlichen Qualität herzustellen.

Handelt es sich bei dem Halbleiterbauelement um einen Laser {dargestellter Fall in Fig. 2), dann bildet die Zone 126 den aktiven Bereich, der einen pn-übergang aufweist. Der Anregungsstrom 150 erzeugt hierin Laserstrahlung durch Löcher/Elektronen-Rekombination. Obgleich die Zonen hohen spezifischen Widerstandes 120 als über die aktive Zone 126 hinwegverlaufend dargestellt sind, reicht es aus, wenn sie sich lediglich bis zur Nähe dieser Zone erstrecken.

Beispiel: Laser EF-1099

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines GaAs-AlGaAs-DH-Übergangslasers mit Streifengeometrie unter Anwendung von Protonenbombardment.

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Der Laser hatte den in Fig. 2 dargestellten allgemeinen Aufbau und wies ein mit Si auf eine Konzentration von

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1-3 x 10 /cm dotiertes n-GaAs-Substrat 101 auf. Im Flüssigphasenepitaxieverfahren v/erden dann die folgenden Schichten auf dem Substrat in der angegebenen Reihenfolge aufwachsen gelassen: Eine flankierende n-Al_n ..,Ga ,,As-

17 3 Schicht 102, die mit Te auf etwa 1 χ 10 /cm dotiert und etwa 1,6 bis 3,6 μπι dick war; eine aktive p-Al _rGa _Q0As-Schicht 103, die mit Ge auf etwa 2 χ 10 /cm dotiert und etwa 0,14 bis 0,38 μπι dick war; und eine weitere flankieren-

de p-Al^ ,,Ga„ ,- ,As-Schicht 104, die mit Ge auf etwa 4 χ 10 /cm O,Jo O, o4

dotiert und etwa 1,9 bis 3,4 μΐη dick war. Die noch mögliche p-GaAs-Deckschicht, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, wurde nicht benutzt. Die angegebenen picken-Bereiche für jede Schicht stellen Dickenschwankungen über dem gesamten Halbleiterplättchen und nicht Schwankungen innerhalb einzelner Chips dar. Nach dem Epitaxieschritt wurde die Standardreihenfolge zweier Verfahrensschritte umgekehrt, d. h. es wurde das Protonenbombardment vor der Zinkdiffusion durchgeführt. Im einzelnen wurde hierzu das Plättchen geeignet maskiert, typischerweise mit Hilfe eines voraufgewickelten Gitters dünner Drähte, um die Streifenzonen 130 (nur eine ist in Fig. 2 dargestellt) zu definieren. Sodann wurde die Oberseite der epit^aktischen Schicht 104 einer Protonenbombardment-

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dosis von 3 χ 10 /cm bei 300 keV unterworfen. Dieses erzeugte

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eine Kristallbeschädigung und damit hohen spezifischen Widerstand bis auf eine Tiefe, die sich von der oberen Oberfläche der Schicht 104 bis auf annähernd 2,4 μπι erstreckte (und zwar in die Nähe zum pn-übergang zwischen den Schichten 102 und 103 und vorzugsweise darüberhinaus). Der resultierende streifenförmige Kanal 130 war etwa 12 μπι breit. Sodann wurde 25 Minuten lang bei 6 20 ⁰C Zink in die Oberseite der Schicht 104 aus einer GaAs:ZnAs₂ (1400:800)-Quelle in einem Diffusionsofen mit offenem Schiffchen eindiffundiert. Dieser Schritt führte zu einer Zone 140 niedrigen spezifischen Widerstandes einer Tiefe von etwa 1,1 \im in der AlGaAs-Schicht 104 mit einer Ladungsträgerkonzentra-

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tion von etwa 1 χ 10 /cm .

Die Kontakte wurden dann wie folgt niedergeschlagen. Der Kontakt zur p-AlGaAs-Schicht 104 wies eine etwa 100 nm dicke Ti-Schicht und eine etwa 150 nm dicke Pt-Schicht auf, während der (nicht dargestellte) Kontakt zum Substrat 101 eine legierte Zusammensetzung aus 100 nm Sn, 100 nm Pd und 400 nm Au aufwies.

Die solcherart hergestellten Laser waren sehr befriedigend und hatten niedrige Widerstände in Durchlaßrichtung entsprechend der hohen seitlichen Leitfähigkeit der zink-diffundierten Zone 140. Laser aus diesem Plättchen hatten Wider-

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stände in Durchlaßrichtung im Bereich von 1,0 bis 1,4 Xl und Durchlaßspannungen im Bereich von 1,53 bis 1,57 V. Da die Laser 380 μΐη lang waren und 12 μπι breite Streifen besaßen, war der spezifische Widerstand, wie gewünscht,

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im Bereich von etwa 4,5 χ 10 bis 6,4 χ 10 -TL cm .

Nach Befestigung auf einer geeigneten Wärmesenke wurden die Laser im Dauerstrichbetrieb bei Zimmertemperatur bei einer» mittleren Schwellenwert strom von etwa 120 mA und bei einer mittleren Emissionswellenlänge von etwa 827 nm betrieben J Es versteht sich, daß mit der obigen Beschreibung nur auf einige illustrative Beispiele der zahlreichen möglichen Ausführungsformen der Erfindung eingegangen werden konnte. Zahlreiche Abwandlungen sind demgemäß möglich. So kann insbesondere eine andere Methode zum Erhalt der vergrabenen Zonen 120 hohen spezifischen Widerstandes der Fig. 2 benutzt werden. Entsprechend dieser Methode wird von den speziellen Eigenschaften der Protonenbombardmentschäden als Funktion der Tiefe im Halbleiterkörper Gebrauch gemacht. Wie in Fig. 3, Kuve I, dargestellt, wird die Beschädigung gegen Ende der Protoneneindringtiefe größer (wenn die Energie der Protonen auf die thermische Energie reduziert wird). In Fig. 3 stellt der Abszissen-Nullpunkt die protonenbombardierte Oberfläche dar (d. h. die oberste epit^aktische Oberfläche) und die Spitze der Kurve I bei etwa 2,7 \im Tiefe sollte in der Nähe des pn-Ubergangs eines

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typischen DH-Lasers liegen. Es wird deshalb, selbst wenn das Protonenboiubardraent nach der Zink-Diffusion durchgeführt wird, eine bedeutsame Leitfähigkeit in der zinkdiffundierten Zone 140 (Fig. 2) nach dem Bombardment zurückbleiben können. Um dieses zu bewerkstelligen, ist es erforderlich, daß das Beschädigungsprofil nach Kurve I und das Dotierprofil entsprechend Kuve II geeignet zugeschnitten werden, um ein schließliches spezifisches Widerstandsprofil entsprechend der Kurve III für die vergrabenen Zonen 120 hohen spezifischen Widerstandes zu erzeugen. Untersuchungen haben ergeben, daß zwei Faktoren wichtig sein können: 1) sollte die Protonendosis unter die Standardwerte um einen Faktor von etwa 2 bis 10 reduziert v/erden. Es ist bekannt, daß die Standarddosis höher als die zur Erzeugung einer adäquaten Stromeinschnürung erforderliche Dosis ist und zu mehr Beschädigungen, insbesondere in der Nähe der oberen Oberfläche, führt. 2) sollte das Protonenbombardrnent vor der Herstellung der Metallkontakte durchgeführt werden. Hierbei wird unterstellt, daß die Kontaktmetalle die Eigenschaft haben, die Energie eines bedeutsamen Teils der einfallenden Protonen auf thermische Energiewerte zu reduzieren, so daß die Schaden durch diese Protonen im unmittelbar unterhalb der oberen Oberfläche gelegenen Material viel großer als in dem Fall werden, in welchem die Metalle zum Zeitpunkt des Protonenboinbardments noch nicht vorhanden sind. Es sei be-

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merkt, daß diese Methode unabhängig davon brauchbar sein wird, ob die hochleitende Zone 140 durch Akzeptor-Eindiffusion (z. B. Zink-Eindiffusion) erhalten wird oder ob sie bereits Bestandteil der aufgewachsenen epit^aktischen Schicht 104 ist, die dann mit Germanium stark zu dotieren wäre (siehe US-PS 39 14 785) .

Claims

BLUMBACH · WESEk - BERGEN - KRAMER ; ZWIRN ER . HlHSCH · BREH IVl PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND WU-SBADEU 2808508 PatßnlconsuU Radedceslraße 45 8000 München 60 TeJefon (089) £83603/833604 lel?x 05-212313 Telegramme Paieritconsult Patenlconsult Sonnenbeiger Straße 43 4200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186 237 Telegramme Patentconsuli Western Electric Company Incorporated Dlxon 10-2-2 New York N. Y. HALBLE ITERBAUELEMEi-JT Patentansprüche

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, einem auf einer Hauptfläche desselben vorgesehenen elektrischen Kontakt für die Stromzufuhr, einem Kanal niedrigen spezifischen Widerstandes im Halbleiterkörper für den Stromfluß vom Kontakt aus und einem Paar seitlich im Abstand voneinander liegender Zonen hohen spezifischen Widerstandes im Halbleiterkörper, die den Kanal begrenzen und den Stromflüß hierauf einschnüren,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone niedrigen spe-

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München: R. Kramer Dipl.-fng. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nai. · P. Hirsch Dipl.-!ng. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. Wiesbaden: P. G. Blurnbach Oipl.-Ing. · P.Bergen Dipi.-Ing. Dr.Jur, · 3. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

ORIGINAL INSPECTED

zifischen Widerstandes, die breiter als der Kanal ist, den Kontakt von den Zonen hohen spezifischen Widerstandes trennt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dessen Halbleiterkörper ein Paar aneinander angrenzender Halbleitersohichten entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, die an ihrev Grenzflache einen pn-übergang bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone niedrigen spezifischen Widerstandes einen streifenförmigen Kanal in dem Körper bildet, durch den der Strom vom Kontakt zum Übergang fließt, und daß sich die Zonen hohen spezifischen Widerstandes von der breiter als der Kanal ausgebildeten Zone niedrigen spezifischen Widerstandes zur ungefähren Lage des pn-überganges 3iin erstreckt.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,, daß die Zonen hohen spezifischen Widerstandes durch Protonen-Bombardment beschädigtes Halbleitermaterial aufweisen.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Zone niedrigen spezifischen Widerstandes ein Halbleitermaterial aufweist, in das Fremdstoffatome in hoher Konzentration eindiffundiert sind.

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5r Bauelement nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Schichten aus ÄlGaÄs aufgebaut ist, daß die Hauptfläche des Halbleiterkörpers p-leitend ist und daß in die Zone niedrigen spezifischen Widerstandes Akzeptoratome in hoher Konzentration eindiffundiert sind.

6. Bauelement nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zone niedrigen spezi-

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fischen Widerstandes mit etwa 10 Zinkatomen/cnf diffusionsdotiert ist.

7. Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelementes nach Anspruch 2,

gekennzeichnet durch epit_aktisches Auf v/achsenlassen einer der Schichten, Bombardieren der obersten epit_.aktischen Oberfläche mit Protonen auf die ungefähre Tiefe des Übergangs und Eindiffundieren von Zinkatomen in die Oberfläche zur Bildung der Zone niedrigen spezifischen Widerstandes, wobei die Protonenbombardierung und die Zinkdiffusion in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden können.

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8. Verfahren nach Anspruch 7,

gekennzeichnet durch der Erzeugung der Metallkontakte folgendes Bombardieren der Oberfläche mit Protonen-Dosen, die um einen Faktor von etwa 2 bis kleiner als die Standarddosis sind.

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