DE3941312C2 - Bipolartransistor mit isoliertem Gate als Steuerelement für ein Stroboskop und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate als Steuerelement für ein Stroboskop sowie zur Herstel­ lung von derartigen Bipolartransistoren.

Aus der Veröffentlichung "Counterdoping of MOS Channel (CDC) - A New Technique on Improving Suppression of Latching in In­ sulated Gate Bipolar Transistors" von T.P. Chow et al. in IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Vol. 9, Nr. 1, Januar 1988, Seiten 29 bis 31, ist ein Bipolartransistor bekannt, der folgendes aufweist:
eine erste Halbleiterschicht als Kollektorbereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen;
eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähig­ keitstyp, die auf der ersten Hauptfläche der ersten Halblei­ terschicht ausgebildet ist;
einen muldenförmigen Basisbereich von dem ersten Leitfähig­ keitstyp, der in der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet ist, wobei der muldenförmige Basisbereich einen relativ tie­ fen ersten Halbleiterbereich und einen relativ flachen zwei­ ten Halbleiterbereich aufweist, die aneinander angrenzen;
einen dritten Halbleiterbereich als Emitterbereich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in dem muldenförmigen Basisbe­ reich ausgebildet ist;
eine Gateoxidschicht, die auf einem Teil einer Oberfläche des relativ flachen zweiten Halbleiterbereiches sowie auf den Oberflächen des dritten Halbleiterbereiches und der zweiten Halbleiterschicht zwischen diesen ausgebildet ist, wobei die Gateoxidschicht eine Dicke von etwa 60 nm bis 100 nm hat;
eine Gateelektrode, die auf der Gateoxidschicht ausgebildet ist;
eine Emitterelektrode, die auf dem dritten Halbleiterbereich ausgebildet ist; und
eine Kollektorelektrode, die auf der zweiten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist.

In dieser Veröffentlichung wird das Verhalten von Bipolar­ transistoren mit isoliertem Gate als Steuerelement in allge­ meiner Form untersucht, insbesondere im Hinblick auf den un­ erwünschten Blockiereffekt. Zu diesem Zweck wird dort eine entsprechende Gegendotierung des Kanalbereiches zwischen dem Emitter und dem Gate vorgeschlagen, wobei sich der Blockier­ strom etwa um einen Faktor 2 erhöhen läßt. Das spezielle Ein­ satzgebiet eines solchen Bipolartransistors für Stroboskope, bei denen spezielle Forderungen zu erfüllen sind, ist in die­ ser Druckschrift nicht erwähnt oder berücksichtigt. Die ein­ zelnen Teilbereiche in dem muldenförmigen Basisbereich haben keine klar definierten Werte für ihre Dicke bzw. Tiefe. Im Hinblick auf eine hohe Sättigungsstromdichte finden sich in dieser Druckschrift keine Angaben.

Aus der Veröffentlichung "Suppressing Latchup in Insulated Gate Transistors" von B.J. Baliga et al. in IEEE ELECTRON DE- VICE LETTERS, Vol.Edl. 5, Nr. 8, August 1984, Seiten 323 bis 325, ist ein ähnlicher Bipolartransistor der vorstehend ge­ nannten Art bekannt, wobei sich zwar hohe Stromdichten erzie­ len lassen, wenn ein tiefer muldenförmiger Basisbereich vom entsprechenden Leitfähigkeitstyp verwendet wird, jedoch sind die im Zusammenhang mit einem Stroboskop auftretenden Pro­ bleme nicht berücksichtigt.

Auf dem Gebiet der Stroboskope hat man in jüngerer Zeit Ele­ mente mit selbsttätiger Gitterabschaltung oder Gittersperrung anstelle von herkömmlichen Thyristorsystemen untersucht, die eine Kommutatorschaltung benötigen. Bei solchen Elementen mit selbsttätiger Gittersperrung hat man insbesondere einen span­ nungsgetriebenen IGBT untersucht, mit dem man eine Treiber­ schaltung vereinfachen kann und der eine hohe Strombelastbar­ keit besitzt. Ein IGBT allgemeiner Bauart hat sich als geeig­ net für einen Inverter erwiesen. Ein für einen Inverter ver­ wendeter IGBT ist im allgemeinen von einem Aufbau mit block­ ierfreier Bauform, wobei der Hauptstrom unterhalb des Block­ ierstromes in einen Sättigungsbereich eintritt, um eine selbsttätige Strombegrenzung beim Kurzschließen vorzunehmen. Somit ist der IGBT allgemeiner Bauart für ein Stroboskop un­ geeignet. Die dabei auftretenden Probleme werden nachste­ hend erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung des grund­ sätzlichen Aufbaus eines herkömmlichen N-Kanal IGBT. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein P⁺-Typ Halbleitersubstrat 1 mit relativ niedrigem spezifischen Widerstand, das als Kollektor­ schicht dient, auf seiner einen Hauptfläche mit einer N⁺-Typ Pufferschicht 2 mit relativ niedrigem spezifischen Widerstand versehen, um die Injektion von positiven Löchern aus der Kol­ lektorschicht 1 zu unterdrücken; eine N-Typ Körperschicht 3 mit relativ hohem spezifischen Widerstand ist auf der N⁺-Typ Pufferschicht 2 ausgebildet.

Eine Vielzahl von P-Typ Basisbereichen 4 ist auf der Ober­ fläche der N-Typ Körperschicht 3 ausgebildet, und zwar durch selektives Einleiten eines P-Typ Dotierstoffes gemäß einem vorgegebenen Muster. N⁺-Typ Emitterbereiche 5 mit relativ nie­ drigem spezifischen Widerstand sind auf den Oberflächen der P-Typ Basisbereiche 4 ausgebildet durch selektives Einleiten eines N-Typ Dotierstoffes. Oberflächenteile der P-Typ Basis­ bereiche 4 zwischen den N⁺-Typ Emitterbereichen 5 und der N- Typ Körperschicht 3 bilden Kanalbereiche 6.

Eine Gateelektrode 8 ist auf den Kanalbereichen 6 unter Zwi­ schenschaltung einer Gateoxidschicht 7 vorgesehen. Emitter­ elektroden 9 mit Emitter-Kurzschlußstruktur, um einen Blockier­ effekt zu verhindern, sind auf den N⁺-Typ Emitterbereichen 5 und den P-Typ Basisbereichen 4 ausgebildet, während eine Kol­ lektorelektrode 10 auf der rückseitigen Oberfläche der P⁺-Typ Kollektorschicht 1 ausgebildet ist.

Bei einem IGBT üblicher Bauart ist ein P-Typ Bereich, näm­ lich die P⁺-Typ Kollektorschicht 1 gemäß Fig. 1, hauptsäch­ lich auf einer Drainseite eines vertikalen MOSFET vorgesehen. Im Betrieb injiziert die P⁺-Typ Kollektorschicht 1 Löcher in die N-Typ Körperschicht 3 durch die N⁺-Typ Pufferschicht 2, was eine Modulation mit Elektronen hervorruft, die aus den N⁺-Typ Emitterbereichen 5 durch die Kanalbereiche 6 inji­ ziert werden, welche bei Anlegen einer Spannung an die Gate­ elektrode 8 gebildet werden, so daß dadurch der Widerstand der N-Typ Körperschicht 3 extrem reduziert wird (Leitfähig­ keits-Modulationseffekt).

Der Widerstand der N-Typ Körperschicht 3, der eine Hauptursa­ che für die Zunahme des EIN-Widerstandes eines MOSFET hoher Durchspruchspannung ist, wird somit extrem reduziert, so daß der IGBT, der ähnlich wie ein MOSFET ein spannungsgesteuertes Element ist, verglichen mit einem MOSFET eine hohe Strombe­ lastbarkeit haben kann, auch wenn er als Element mit hoher Durchbruchspannung ausgebildet ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird jedoch in dem IGBT ein para­ sitärer Thyristor gebildet von den N⁺-Typ Emitterbereichen 5, den P-Typ Basisbereichen 4, der N-Typ Körperschicht 3 und der P⁺-Typ Kollektorschicht 1. Wenn der in dem IGBT fließende Hauptstrom (Kollektorstrom) zunimmt, nimmt der Löcherstrom, der aus der N-Typ Körperschicht 3 in die P-Typ Basisbereiche 4 fließt, ebenfalls zu.

Dieser Löcherstrom dient als Gatestrom für den parasitären Thyristor, der eingeschaltet wird, wenn der Gatestrom einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Sobald der parasitäre Thyristor einmal in dem EIN-Zustand gegangen ist, ist es un­ möglich, den Hauptstrom mit der Gatespannung zu steuern, die an die Gateelektrode 8 angelegt wird, was zum Durchbruch des Elementes führt (sogenannter Blockiereffekt bzw. Latch-up).

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer IC - VCE - Ausgangscharakteristik des IGBT. Das Symbol IC bezeichnet den Kollektorstrom, und das Symbol VCE bezeichnet die Kollektor- Emitter-Spannung. Der Kollektorstrom IC und die Kollektor- Emitter-Spannung VCE sind mit normierten Werten angegeben. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird eine selbsttätige Strombe­ grenzung bei konstanter Gatespannung VG hervorgerufen, und zwar in ähnlicher Weise wie im Falle eines MOSFET, so daß der Kollektorstrom IC nicht über einen Sättigungsstrom IC (sat) zunimmt.

Wenn somit der Blockierstrom IL höher ist als der maximale Sättigungsstrom IC (sat) 4 in einem vorgegebenen Gate-Span­ nungsbereich von VG1 bis VG4, wie es mit einer gestrichelten Linie in Fig. 2 eingetragen ist, kann ein Blockiereffekt in einem solchen Gate-Spannungsbereich nicht auftreten. Somit wird ein IGBT mit blockierfreiem Aufbau realisiert.

Bei einem herkömmlichen IGBT kann somit der Blockiereffekt verhindert werden. Der Blockierstrom IL, der von der Struk­ tur des IGBT abhängt, beträgt im allgemeinen etwa einige hundert Amp´re pro cm² in einem IGBT, der für einen Inverter konzipiert ist. Um einen IGBT mit blockierfreiem Aufbau zu realisieren, muß somit der Sättigungsstrom IC (sat) unter­ drückt werden, damit er nicht mehr als einige hundert Ampere pro cm² in einem Gatespannungs-Arbeitsbereich beträgt.

Andererseits ist bei einem IGBT für ein Stroboskop eine Im­ pulserregbarkeit von mindestens 1000 A/cm² erforderlich. Wenn somit ein Stroboskop unter Verwendung eines IGBT gebaut wird, dessen Sättigungsstrom IC (sat) in der oben beschrie­ benen Weise unterdrückt wird, tritt das Problem einer unzu­ reichenden Impulserregbarkeit auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate, nachstehend als IGBT bezeichnet, sowie ein verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, der eine aus­ reichende Impulserregbarkeit besitzt und für ein Stroboskop geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate als Steuerelement für ein Stroboskop angegeben, der fol­ gendes aufweist;
eine erste Halbleiterschicht als Kollektorbereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen; eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähig­ keitstyp, die auf der ersten Hauptfläche der ersten Halblei­ terschicht ausgebildet ist;
einen muldenförmigen Basisbereich von dem ersten Leitfähig­ keitstyp, der in der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet ist, wobei der muldenförmige Basisbereich einen relativ tie­ fen ersten Halbleiterbereich und einen relativ flachen zwei­ ten Halbleiterbereich aufweist, die aneinander angrenzen;
einen dritten Halbleiterbereich als Emitterbereich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in dem muldenförmigen Basisbe­ reich ausgebildet ist;
eine Gateoxidschicht, die auf einem Teil einer Oberfläche des relativ flachen zweiten Halbleiterbereiches sowie auf den Oberflächen des dritten Halbleiterbereiches und der zweiten Halbleiterschicht zwischen diesen ausgebildet ist, wobei die Gateoxidschicht eine Dicke von etwa 60 nm bis 100 nm hat;
eine Gateelektrode, die auf der Gateoxidschicht ausgebildet ist;
eine Emitterelektrode, die auf dem dritten Halbleiterbereich ausgebildet ist; und
eine Kollektorelektrode, die auf der zweiten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist,
wobei der Bipolartransistor eine hohe Sättigungsstromdichte in der Größenordnung von 1000 A/cm² besitzt, deren Maximal­ wert nicht durch seine Blockierstromdichte begrenzt ist,
wobei der Bipolartransistor an die Last des Stroboskops anzu­ schließen ist, welche ein Strombegrenzungselement für den Bi­ polartransistor bildet,
und wobei der relativ flache zweite Halbleiterbereich des Bi­ polartransistors eine Dotierstoffkonzentration von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 sowie eine Tiefe von etwa 4 bis 10 µm hat.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate als Steuerelement für ein Stroboskop angegeben, der sämtliche Merkmale der ersten Ausführungsform des Bipolartransistors aufweist, wobei zu­ sätzlich im Zentrum des muldenförmigen Basisbereiches ein vierter Halbleiterbereich ausgebildet ist, der eine Dotier­ stoffkonzentration von etwa 0,8 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁵ cm^-2 und eine Tiefe hat, die etwa gleich der halben Tiefe des relativ flachen zweiten Halbleiterbereiches in dem muldenförmigen Ba­ sisbereich ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bipolartransistors ist vorgesehen, daß ein Teil des zweiten Halbleiterbereiches zwi­ schen dem dritten Halbleiterbereich und der zweiten Halblei­ terschicht als Kanalbereich ausgebildet ist, wobei der Kanal­ bereich eine Breite pro Flächeneinheit von mindestens etwa 300 cm^-1 hat.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bipolartransistors ist vorgesehen, daß die zweite Halbleiterschicht eine dritte Halbleiterschicht von dem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die als Pufferschicht auf der ersten Halbleiterschicht ausge­ bildet ist, wobei das Produkt der durchschnittlichen Dotier­ stoffkonzentration und der Dicke der dritten Halbleiter­ schicht einen Wert von etwa 10¹⁴ cm^-2 hat.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bipolartransistors ist vorgesehen, daß die zweite Halbleiter­ schicht einen spezifischen Widerstand von etwa 20 bis 30 Ohm·cm und eine Dicke von etwa 50 µm hat.

Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Bipolartransistors ist vorgesehen, daß die erste Halbleiterschicht einen spezifischen Widerstand von etwa 0,05 bis 0,002 Ohm·cm hat.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bipolartransistors ist vorgesehen, daß die Emitterelektrode sowohl auf dem dritten Halbleiterbereich als auch auf dem muldenförmigen Basisbe­ reich ausgebildet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bipolar­ transistors mit isoliertem Gate gemäß der ersten Ausführungs­ form umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:
Herstellen einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen;
Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf der ersten Hauptfläche der ersten Halb­ leiterschicht;
selektives Einleiten eines Dotierstoffes von dem ersten Leit­ fähigkeitstyp in die zweite Halbleiterschicht, um einen rela­ tiv tiefen ersten Halbleiterbereich von dem ersten Leitfähig­ keitstyp in der zweiten Halbleiterschicht zu bilden;
Herstellen einer Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 60 bis 100 nm auf der zweiten Halbleiterschicht und dem ersten Halb­ leiterbereich;
Herstellen einer Leiterschicht auf der Oxidschicht;
Ausbilden eines Musters in der Oxidschicht und der Leiter­ schicht zur Bildung von Fenstern;
Einleiten eines Dotierstoffes von dem ersten Leitfähigkeits­ typ in die zweite Halbleiterschicht durch die jeweiligen Fen­ ster, um einen relativ flachen zweiten Halbleiterbereich von dem ersten Leitfähigkeitstyp auszubilden, wobei die ersten und zweiten Halbleiterbereiche aneinander angrenzen und inte­ griert sind, um einen muldenförmigen Basisbereich von dem er­ sten Leitfähigkeitstyp zu bilden;
selektives Einleiten eines Dotierstoffes von dem zweiten Leitfähigkeitstyp in den muldenförmigen Basisbereich durch die jeweiligen Fenster, um einen dritten Halbleiterbereich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp als Emitterbereich in dem muldenförmigen Basisbereich auszubilden;
selektives Entfernen der Oxidschicht und der Leiterschicht, wobei zumindest Teile davon auf einem Teil der Oberfläche des relativ flachen zweiten Halbleiterbereiches zwischen Oberflä­ chen des dritten Halbleiterbereiches und der zweiten Halblei­ terschicht bleiben und eine Gateelektrode (18) bilden;
Herstellen einer Emitterelektrode auf dem dritten Halbleiter­ bereich; und
Herstellen einer Kollektorelektrode auf der zweiten Hauptflä­ che der ersten Halbleiterschicht,
wobei der zweite Halbleiterbereich von dem ersten Leitfähig­ keitstyp mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 und einer relativ flachen Tiefe von etwa 4 bis 10 µm ausgebildet wird.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt sämtliche Schritte des vorstehend angegebenen Verfah­ rens der ersten Ausführungsform, wobei zusätzlich die Oxid­ schicht und die Leiterschicht zur Öffnung von mindestens ei­ nem Fenster nach der Herstellung der zweiten Halbleiter­ schicht selektiv entfernt werden und wobei ein Dotierstoff von dem ersten Leitfähigkeitstyp in den muldenförmigen Basis­ bereich mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 0,8 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁵ cm^-2 durch das jeweilige Fenster eingeleitet wird, um einen vierten Halbleiterbereich von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Mitte des muldenförmigen Basisbereiches auszubilden, der etwa die halbe Tiefe des re­ lativ flachen zweiten Halbleiterbereiches in dem muldenförmi­ gen Basisbereich hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Erläuterung des grund­ sätzlichen Aufbaus eines herkömmlichen N-Kanal Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT);

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung von Ausgangscha­ rakteristiken eines herkömmlichen IGBT;

Fig. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Grund­ schaltung eines Stroboskops, bei dem ein IGBT gemäß der Erfindung Anwendung findet;

Fig. 4 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines IGBT gemäß der Erfindung;

Fig. 5 bis 12 Diagramme zur Erläuterung von entsprechenden Faktoren und Parametern, welche wesentliche Eigenschaften und Charakteristiken des IGBT bestimmen;

Fig. 13A bis 13C schnittansichten zur Erläuterung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines IGBT gemäß Fig. 4; und in

Fig. 14 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer anderen Ausführungsform eines IGBT gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung einer Grundschal­ tung eines Stroboskops, bei dem ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate, nachstehend kurz IGBT genannt, gemäß der Er­ findung Anwendung findet. Eine Xenonröhre 22 und ein IGBT 23 sind in Reihe geschaltet und mit den beiden Anschlüssen eines Leistungskondensators 21 verbunden, der von einer Gleichstrom­ quelle geladen wird. Ein Triggeranschluß der Xenonröhre 22 ist an die Sekundärseite eines Triggertransformators 24 ange­ schlossen, dessen Primärseite an einen Kondensator 26 ange­ schlossen ist, der über einen Widerstand 25 geladen wird.

Wenn der IGBT 23 in Abhängigkeit von einer Spannung durchge­ schaltet wird, die an einen Gateanschluß 27 angelegt wird, so wird die in dem Kondensator 26 geladene Spannung über den Triggertransformator 24 und den IGBT 23 entladen, so daß ein Hochspannungsimpuls an der Sekundärseite des Triggertrans­ formators 24 erzeugt wird. Die Xenonröhre 22 wird von dem Hochspannungsimpuls getriggert, und die im Leistungskondensa­ tor 21 geladene Spannung wird über die Xenonröhre 22 und den IGBT 23 entladen, so daß die Xenonröhre 22 Licht emittiert.

In einer solchen Stroboskopschaltung wird der in dem IGBT 23 fließende Hauptstrom (Kollektorstrom) begrenzt durch den Lastwiderstand der Xenonröhre 22. Somit ist der IGBT 23 so ausgelegt, daß sein Blockierstromwert den Hauptstromwert überschreitet, der durch die Xenonröhre 22 begrenzt ist, so daß absolut kein Blockiereffekt in dem IGBT 23 hervorgerufen wird, und zwar unabhängig von dem Wert seines Sättigungsstro­ mes. Um Energie zu sparen, ist bevorzugt, Energieverluste bei der Emission auf ein Minimum zu reduzieren. Unter diesem Ge­ sichtspunkt ist der Sättigungsstrom des IGBT 23 vorzugsweise so hoch wie möglich. Gemäß der Erfindung wird ein IGBT ange­ geben, der für solche Zwecke besonders geeignet ist.

Fig. 4 zeigt im Schnitt den Aufbau einer ersten Ausführungs­ form eines IGBT gemäß der Erfindung. Wie aus Fig. 4 ersicht­ lich, besteht eine Kollektorschicht 11 aus einem P⁺-Typ Halbleitersubstrat mit einem relativ niedrigen spezifischen Widerstand von etwa 0,05 bis 0,002 Ohm·cm. Eine N⁺-Typ Puf­ ferschicht 12 ist auf der Kollektorschicht 11 vorgesehen, um die Injektion von Löchern aus der Kollektorschicht 11 zu un­ terdrücken, und eine N-Typ Körperschicht 13 mit relativ ho­ hem spezifischen Widerstand ist auf der N⁺-Typ Pufferschicht 12 vorgesehen.

Eine Vielzahl von P-Typ Muldenbereichen, d. h. P-Typ Basisbe­ reichen 14, ist selektiv in der N-Typ Körperschicht 13 aus­ gebildet, wobei jeder der P-Typ Basisbereiche 14 aus einem relativ tiefen, ersten P-Typ Basisbereich 14a und einem re­ lativ flachen, zweiten P-Typ Basisbereich 14b besteht. N⁺- Typ Emitterbereiche 15 mit relativ niedrigem spezifischen Widerstand sind selektiv in den P-Typ Basisbereichen 14 aus­ gebildet.

Teile 16 der Oberflächen der zweiten P-Typ Basisbereiche 14b, die sich zwischen Oberflächen der N⁺-Typ Emitterbereiche 15 und der N-Typ Körperschicht 13 befinden, sind als Kanalberei­ che ausgebildet. Eine Gateelektrode 18 ist auf den Kanalbe­ reichen 16 unter Zwischenschaltung einer Gateoxidschicht 17 vorgesehen. Emitterelektroden 19, die zur Verhinderung eines Blockiereffektes mit Emitterkurzschlußstruktur vorgesehen sind, sind auf den N⁺-Typ Emitterbereichen 15 und den ersten P-Typ Basisbereichen 14a vorgesehen, während eine Kollektor­ elektrode 20 auf der rückseitigen Oberfläche der P⁺-Kollek­ torschicht 11 vorgesehen ist.

Im folgenden sollen unter Bezugnahme auf die Blockierstrom­ dichte JL, die sättigungsstromdichte JC(sat), die Schwell­ wertspannung VG(th) und die Gatedurchbruchspannung VG(BK) verschiedene Charakteristiken und Eigenschaften des IGBT ge­ mäß Fig. 4 näher erläutert werden. Diese charakteristischen Begriffe werden wie folgt definiert:

• - Blockierstromdichte JL: Hauptstromdichte, bei der der IGBT in einen Blockierzustand eintritt (Latch-up Zustand);
• - Sättigungsstromdichte JC(sat): Stromdichte des maximalen Hauptstromes, der in einem Zustand fließen kann, wo eine bestimmte Gatespannung anliegt;
• - Schwellwertspannung VG(th): Gatespannung, die zum Durch­ schalten des IGBT erforderlich ist;
• - Gatedurchbruchspannung VG(BK): kritischer Wert der Gate­ spannung, die einen Durchbruch der Gateoxidschicht her­ vorruft.

Nimmt man an, daß die Gatespannung VG, die an einem IGBT für ein Stroboskop anliegt, im Bereich von 25 ± 5 Volt liegt, so muß die Gatedurchbruchspannung VG(BK) mindestens 30 Volt be­ tragen, und die Schwellwertspannung VG(th) ist vorzugsweise nicht höher als etwa 5 Volt. Im Hinblick auf die Lieferung eines großen Stromes, der für die Emission hoher Intensität mit minimalem Energieverlust geeignet ist, wird bevorzugt, daß die Blockierstromdichte JL mindestens etwa 1000 A/cm² beträgt und daß die sättigungsstromdichte JC(sat) höher als die Blockierstromdichte JL in dem oben erwähnten Gatespan­ nungsbereich von 25 ± 5 Volt ist. Die Bedingungen und Vor­ aussetzungen zur Realisierung eines IGBT mit solchen Eigen­ schaften werden nachstehend erläutert.

Die Gatedurchbruchspannung VG(BK) hängt ab von der Dicke der Gateoxidschicht 17. Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Dicke der Gateoxidschicht 17 aus SiO₂ und der Gatedurchbruchspannung VG(BK). Eine dielek­ trische Durchbruchfeldstärke einer SiO₂-Schicht, die mit einem allgemein üblichen Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors gebildet wird, liegt im Bereich von etwa 6 MV/cm bis 10 MV/cm mit einem durchschnittlichen Wert von 8 MV/cm.

Da die Gatespannung VG, die bei Verwendung eines Stroboskops angelegt wird, im allgemeinen in einem Bereich von 20 bis 30 Volt liegt, muß die Dicke der Gateoxidschicht 17 mehr als etwa 60 nm betragen, um die Gatedurchbruchspannung VG(BK) von mindestens 30 Volt zu erreichen, und zwar unter Berücksich­ tigung von Streuungen bei der Herstellung. Die Dicke der Gateoxidschicht 17 übt auch einen Einfluß auf die Schwell­ wertspannung VG(th) aus, wie es nachstehend erläutert ist.

Die Dotierstoffkonzentration und die Diffusionstiefe von jedem zweiten P-Typ Basisbereich 14b, auf deren Oberfläche die Kanalbereiche 16 ausgebildet sind, müssen korrekt ge­ steuert werden, da sie einen starken Einfluß auf die Block­ ierstromdichte JL, die sättigungsstromdichte JC(sat) und die Schwellwertspannung VG(th) ausüben.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Wert der Dotierstoffinjektion in den zwei­ ten P-Typ Basisbereich 14b und der Blockierstromdichte JL. Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Wert der Dotierstoffinjektion in den zweiten P-Typ Basisbereich 14b und der Schwellwertspannung VG(th) mit der Dicke tox der Gateoxidschicht 17 als Parameter.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Diffusionstiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b und der Blockierstromdichte JL. Und Fig. 9 zeigt ein Dia­ gramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Diffu­ sionstiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b und der Sät­ tigungsstromdichte JC(sat), unter der Annahme, daß die Gate­ spannung VG einen Wert von 20 Volt hat.

Wie in Fig. 9 dargestellt, wird die sättigungsstromdichte JC(sat) reduziert bei zunehmender Diffusionstiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b, im wesentlichen wegen der Zunahme des Kanalwiderstandes, der hervorgerufen wird durch die Zu­ nahme der in Fig. 4 angegebenen Kanallänge L.

Aus Fig. 6 ergibt sich, daß der Wert der Dotierstoffinjek­ tion in dem zweiten P-Typ Basisbereich 14b mindestens etwa 2 × 10¹⁴ cm^-2 betragen muß, um eine Blockierstromdichte zu er­ halten, die 1000 A/cm² überschreitet. Aus Fig. 7 ergibt sich, daß der Wert der Dotierstoffinjektion in den zweiten P- Typ Basisbereich 14b nicht höher als etwa 5 × 10¹⁴ cm^-2 sein darf, und zwar unter Berücksichtigung der nachstehenden Bedin­ gungen:

• (i) Der Wert der Dotierstoffinjektion in den zweiten P- Typ Basisbereich 14b ist mindestens 2 × 10¹⁴ cm^-2;
• (ii) die Dicke tox der Gateoxidschicht 17 beträgt mindestens 60 nm und
• (iii) die Schwellwertspannung VG(th) beträgt nicht mehr als 5 Volt.

Unter Berücksichtigung dieser Umstände und der obigen Bedin­ gung (1) liegt der Wert der Dotierstoffinjektion in den zweiten P-Typ Basisbereich 14b vorzugsweise im Bereich von 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2. Wie in Fig. 7 dargestellt, ändert sich die Schwellwertspannung VG(th) ebenfalls mit einer Ände­ rung der Dicke tox der Gateoxidschicht 17. Man erkennt, daß die Dicke tox der Gateoxidschicht 17 unter Berücksichtigung der Bedingungen (i) bis (iii) nicht höher als etwa 100 nm sein darf.

Aus Fig. 8 ergibt sich, daß die Diffusionstiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b mindestens etwa 4 µm betragen muß, um die Blockierstromdichte JL von mindestens 1000 A/cm² zu erreichen. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, darf die Diffusions­ tiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b nicht mehr als et­ wa 10 µm betragen, um eine Sättigungsstromdichte von minde­ stens 1000 A/cm² zu erzielen. Mit anderen Worten, die Diffu­ sionstiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b muß im Be­ reich von 4 bis 10 µm liegen.

Unter Berücksichtigung der obigen Darlegungen wird bevorzugt, daß die Dicke der Gateoxidschicht 17 in einem Bereich von et­ wa 60 nm bis 100 nm liegt und daß der Wert der Dotierstoff Injektion in dem zweiten P-Typ Basisbereich 14b in einem Be­ reich von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 liegt, während die Diffusionstiefe des zweiten P-Typ Basisbereiches 14b in einem Bereich von etwa 4 bis 10 µm liegt, um einen IGBT zu bilden, der für ein Stroboskop geeignet ist.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zustands der Änderung einer maximal durchlässigen Hauptstromdichte (Grenz­ wert für die maximal durchlässige Hauptstromdichte) beim Anle­ gen von verschiedenen Gatespannungspegeln VG an einen speziel­ len IGBT, der diese Bedingungen erfüllt, wobei die Dicke tox der Gateoxidschicht als Parameter dient. Wenn die obigen Be­ dingungen erfüllt sind, so wird angenommen, daß die Blockier­ stromdichte höher als 1000 A/cm² ist, und somit wird ein Durchlässigkeitsgrenzwert unterhalb von 1000 A/cm² hervorge­ rufen durch die Sättigung in dem Diagramm gemäß Fig. 10.

Wie sich aus der Erweiterung des Diagrammes gemäß Fig. 10 er­ gibt, ist die Sättigungsstromdichte weit über 1000 A/cm² bei einer Gatespannung VG im Bereich von 20 bis 30 Volt. Somit ist es ohne weiteres möglich, die Sättigungsstromdichte JC(sat) auf einen Wert zu setzen, der höher ist als die Blockierstrom­ dichte JL bei einer Gatespannung im Bereich von 20 bis 30 Volt.

Da die Last, also die Xenonröhre 22, als Strombegrenzungselement in der IGBT-Schaltung für ein Stroboskop der oben be­ schriebenen Art dient, ist es nicht erforderlich, die Sätti­ gungsstromdichte JC(sat) so zu konzipieren, daß sie niedriger ist als die Blockierstromdichte JL, um eine nicht-blockieren­ de Struktur zu erreichen, und zwar im Unterschied zum Falle der Anwendung bei einem Inverter, aber die Sättigungsstrom­ dichte JC(sat) wird auf einen möglichst hohen Wert gesetzt unter Berücksichtigung der Verbesserung der Leuchteffizienz der Xenonröhre.

Einer der wichtigen Faktoren, welche die Sättigungsstromdich­ te JC(sat) bestimmen, ist die Kanalbreite. Fig. 11 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Ka­ nalbreite pro Flächeneinheit und der Sättigungsstromdichte JC(sat), unter der Annahme, daß die Gatespannung VG einen Wert von 20 Volt hat. Es wird darauf hingewiesen, daß die Ka­ nalbreite pro Flächeneinheit mindestens etwa 300 cm^-1 betra­ gen muß, um eine Sättigungsstromdichte JC(sat) von mindestens 1000 A/cm² zu erzielen.

Es ist hinlänglich bekannt, daß ein Blockiereffekt in dem IGBT leicht hervorgerufen wird, wenn ein Stromverstärkungs­ faktor α eines Transistors, gebildet von der P⁺ -Typ Kollek­ torschicht 11, der N-Typ Körperschicht 13 und dem P-Typ Ba­ sisbereich 14, zu hoch ist und sich stark dem Wert "1" nä­ hert. Weiterhin wird, wenn der Löcherinjektions-Wirkungsgrad von der P⁺-Typ Kollektorschicht 11 zur N-Typ Körperschicht 13 zunimmt, um den Stromverstärkungsfaktor α zu erhöhen, die Schaltgeschwindigkeit verringert.

Wenn der Stromverstärkungsfaktor α zu stark abnimmt, nehmen andererseits Energieverluste extrem zu, und zwar durch das An­ steigen der Sättigungsspannung. Somit wird bevorzugt, den Stromverstärkungsfaktor α in ausreichendem Maße zu steuern. Bei einem IGBT für einen Inverter wird der Stromverstärkungs­ faktor α auf einen Wert von etwa 0,3 bis 0,5 gesetzt, um eine ausreichende Schaltgeschwindigkeit zu gewährleisten.

Bei einem IGBT für ein Stroboskop ist jedoch eine hohe Schalt­ geschwindigkeit nicht erforderlich, da das Stroboskop ein ex­ trem langes Emissionsintervall hat, statt dessen wird bevor­ zugt, den Energieverlust auf ein Minimum zu reduzieren. Bei einem IGBT für ein Stroboskop liegt somit der Stromverstär­ kungsfaktor α vorzugsweise bei etwa 0,8 bis 0,9 in einem Hauptstromdichtebereich von etwa 100 bis 1000 A/cm².

Wie in Fig. 12 dargestellt, ändert sich der Stromverstärkungs­ faktor α mit der Dotierstoffkonzentration der N⁺-Typ Puf­ ferschicht 12. In Fig. 12 gibt die Abszisse das Produkt CT in cm^-2 aus der durchschnittlichen Dotierstoffkonzentra­ tion C und der Dicke T der N⁺-Typ Pufferschicht 12 an, während die Ordinate den Stromverstärkungsfaktor α angibt.

Wenn das Produkt CT zunimmt, nimmt der Stromverstärkungsfak­ tor α ab, da der Löcherinjektions-Wirkungsgrad von der P⁺- Typ Kollektorschicht 11 zur N-Körperschicht 13 abnimmt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Produkt CT etwa 10¹⁴ cm^-2 betragen kann, um einen Stromverstärkungsfaktor α von etwa 0,8 bis 0,9 zu erzielen.

Es ist nicht erforderlich, die Dicke und den spezifischen Wi­ derstand der N-Typ Körperschicht 13 genau zu steuern, und zwar im Unterschied zum Falle eines MOSFET, da der spezifi­ sche Widerstand des IGBT extrem reduziert wird durch einen Leitfähigkeits-Modulationseffekt im aktiven Zustand des IGBT, wie oben beschrieben. Im allgemeinen kann die N-Typ Körper­ schicht 13 einen spezifischen Widerstand von etwa 20 bis 30 Ohm·cm sowie eine Dicke von 50 µm haben für den Fall eines Produktes mit einer Nennspannung von 500 Volt.

Die Fig. 13A bis 13C zeigen Schnittansichten zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung des IBGT gemäß Fig. 4. Dieses Verfahren soll nachstehend anhand dieser Fig. 13A bis 13C nä­ her erläutert werden.

Zunächst wird ein P⁺-Typ Halbleitersubstrat als Kollektor­ schicht 11 mit einem relativ niedrigen spezifischen Widerstand von 0,05 bis 0,0002 Ohm·cm hergestellt. Die Kollektorschicht 11 wird auf ihrer einen Hauptfläche mit einer N⁺-Typ Puffer­ schicht 12 mit relativ niedrigem spezifischen Widerstand von etwa 0,1 Ohm·cm und einer Dicke von etwa 10 bis 20 µm durch epitaxiales Aufwachsen versehen.

Dann wird eine N-Typ Körperschicht 13 mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand von etwa 20 bis 30 Ohm·cm und einer Dicke von etwa 50 µm auf der N⁺-Typ Pufferschicht 12 durch epitaxiales Aufwachsen ausgebildet. Isolierschichten 30 aus SiO₂ oder dergleichen werden auf der N-Typ Körperschicht 13 ausgebildet und mit einem entsprechenden Muster versehen.

Die Isolierschichten 30 mit entsprechendem Muster werden als Masken verwendet, um selektiv einen P-Typ Dotierstoff, wie z. B. Bor, in die N-Körperschicht 13 durch Ionenimplantation oder dergleichen zu implantieren, der dann thermisch diffun­ diert wird, um auf diese Weise relativ tiefe, erste P-Typ Ba­ sisbereiche 14a herzustellen. Somit wird die Struktur gemäß Fig. 13A erhalten.

Die Anordnung der ersten P-Typ Basisbereiche 14a erfolgt ge­ mäß einem Zellenmuster des IGBT. Beispielsweise sind Matrix­ anordnungen und Streifenanordnungen hinlänglich bekannt. Es wird bevorzugt, daß die Dimensionen der Anordnung so konzi­ piert sind, daß eine Kanalbreite pro Flächeneinheit von min­ destens etwa 300 cm^-1 gewährleistet ist.

Dann werden die Isolierschichten 30 entfernt und vollständig ersetzt durch SiO₂-Schichten 17a mit einer Dicke von etwa 60 nm bis 100 nm, und Polysiliziumschichten 18a mit einer Dicke von einigen hundert Nanometern werden auf diesen ausgebildet. Die SiO₂ Schichten 17a und die Polysiliziumschichten 18a haben ein sol­ ches Muster, daß sie Fenster mit vorgegebenen Mustern bilden.

Ein P-Typ Dotierstoff, wie z. B. Bor, wird selektiv durch die Fenster implantiert mit Injektionswerten von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 durch Ionenimplantation und dann ther­ misch diffundiert, um auf diese Weise relativ flache P-Typ Ba­ sisbereiche 14b mit einer Tiefe von etwa 4 bis 10 µm zu bil­ den.

Die zweiten P-Typ Basisbereiche 14b werden um den jeweiligen Umfang der ersten P-Typ Basisbereiche 14a ausgebildet, wenn diese in Matrixanordnung vorgesehen sind, während sie zu bei­ den Seiten der ersten P-Typ Basisbereiche 14a ausgebildet wer­ den, wenn diese in Streifenanordnung vorgesehen sind.

Dann wird ein N-Typ Dotierstoff, wie z. B. Phosphor, durch die gleichen Fenster eingeleitet und thermisch diffundiert, um dadurch N⁺-Typ Emitterbereiche 15 zu bilden. Dieses Vorge­ hen ist hinlänglich bekannt als DSA-MOS Verfahren zur Herstel­ lung von konstanten Kanallängen L durch Doppeldiffusion (vgl. Fig. 4). Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird die Struk­ tur gemäß Fig. 13B erreicht.

Dann werden unerwünschte Teile der SiO₂-Schichten 17a und der Polysiliziumschichten 18a entfernt. Die verbleibenden Teile der SiO₂-Schichten 17a und der Polysiliziumschichten 18a bil­ den Gateoxidschichten 17 und Gateelektroden 18. Dann werden Oxidschichten 31 über den gesamten Oberflächen ausgebildet und mit entsprechendem Muster versehen, um Teile davon auf den ersten P-Typ Basisbereichen 14a und den N⁺-Typ Emitter­ bereichen 15 zu entfernen.

Emitterelektroden 19 werden auf der einen Oberfläche und eine Kollektorelektrode 20 wird auf der rückseitigen Oberfläche, al­ so der anderen Hauptfläche der P⁺-Typ Kollektorschicht 11, aus­ gebildet, um dadurch die Struktur gemäß Fig. 13C zu erzielen.

Auf diese Weise wird der IGBT gemäß Fig. 4 realisiert.

Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer anderen Ausführungsform des IGBT gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind P⁺-Typ Bereiche 14c mit rela­ tiv niedrigem spezifischen Widerstand in den P-Typ Basisberei­ chen 14 ausgebildet, wie es mit gestrichelten Linien in Fig. 14 angedeutet ist.

Auf diese Weise wird ein Spannungsabfall, verursacht durch einen Löcherstrom durch die P-Typ Basisbereiche 14, so redu­ ziert, daß ein NPN-Transistor, gebildet von den N-Typ Emitter­ bereichen 15, den P-Typ Basisbereichen 14 und der N-Typ Kör­ perschicht 13, kaum aktiviert wird. Somit geht der IGBT kaum in den Blockierzustand.

Die P⁺-Typ Bereiche 14c werden in einem Schritt nach der Her­ stellung der zweiten P-Typ Basisbereiche 14b hergestellt, be­ vor die N⁺-Typ Emitterbereiche 15 ausgebildet werden. Bei die­ sem Schritt werden Fenster mit geeignetem Muster in den ohne Muster vorhandenen SiO₂ Schichten 17a und den Polysilizium­ schichten 18a gemäß Fig. 13B ausgebildet, um eine Maske zur Verwendung bei der Ionenimplantation für die P⁺-Typ Bereiche 14c zu bilden.

Diese Fenster können in einem anschließenden Schritt zur Her­ stellung der N⁺-Typ Emitterbereiche 15 geschlossen werden. Die P⁺-Typ Bereiche 14c werden vorzugsweise so ausgebildet, daß sie einen Wert der Dotierstoffkonzentration von etwa 0,8 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁵ cm^-2 sowie eine Tiefe haben, die etwa halb so groß ist wie die Tiefe der zweiten P-Typ Basisberei­ che 14b.

Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen unter Bezug­ nahme auf einen N-Kanal IGBT erläutert worden sind, ist die Erfindung selbstverständlich auch anwendbar auf einen P-Kanal IGBT.

Claims (9)

1. Bipolartransistor mit isoliertem Gate als Steuerelement für ein Stroboskop, umfassend

• - eine erste Halbleiterschicht (11) als Kollektorbereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen;
• - eine zweite Halbleiterschicht (12, 13) von einem zwei­ ten Leitfähigkeitstyp, die auf der ersten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht (11) ausgebildet ist;
• - einen muldenförmigen Basisbereich (14) von dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in der zweiten Halbleiter­ schicht (13) ausgebildet ist, wobei der muldenförmige Basisbereich (14) einen relativ tiefen ersten Halblei­ terbereich (14a) und einen relativ flachen zweiten Halbleiterbereich (14b) aufweist, die aneinander an­ grenzen;
• - einen dritten Halbleiterbereich (15) als Emitterbe­ reich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in dem muldenförmigen Basisbereich (14) ausgebildet ist;
• - eine Gateoxidschicht (17), die auf einem Teil einer Oberfläche des relativ flachen zweiten Halbleiterbe­ reiches (14b) sowie auf den Oberflächen des dritten Halbleiterbereiches (15) und der zweiten Halbleiter­ schicht (13) zwischen diesen ausgebildet ist, wobei die Gateoxidschicht eine Dicke von etwa 60 nm bis 100 nm hat;
• - eine Gateelektrode (18), die auf der Gateoxidschicht (17) ausgebildet ist;
• - eine Emitterelektrode (19), die auf dem dritten Halb­ leiterbereich (15) ausgebildet ist; und
• - eine Kollektorelektrode (20), die auf der zweiten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht (11) ausge­ bildet ist,
• - wobei der Bipolartransistor eine hohe Sättigungsstrom­ dichte in der Größenordnung von 1000 A/cm² besitzt, deren Maximalwert nicht durch seine Blockierstrom­ dichte begrenzt ist,
• - wobei der Bipolartransistor an die Last (22) des Stro­ boskops anzuschließen ist, welche ein Strombegren­ zungselement für den Bipolartransistor bildet,
• - und wobei der relativ flache zweite Halbleiterbereich (14b) des Bipolartransistors eine Dotierstoffkonzen­ tration von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 sowie eine Tiefe von etwa 4 bis 10 µm hat.

2. Bipolartransistor mit isoliertem Gate als Steuerelement für ein Stroboskop, umfassend

• - eine erste Halbleiterschicht (11) als Kollektorbereich von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen;
• - eine zweite Halbleiterschicht (12, 13) von einem zwei­ ten Leitfähigkeitstyp, die auf der ersten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht (11) ausgebildet ist;
• - einen muldenförmigen Basisbereich (14) von dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in der zweiten Halbleiter­ schicht (13) ausgebildet ist, wobei der muldenförmige Basisbereich (14) einen relativ tiefen ersten Halblei­ terbereich (14a) und einen relativ flachen zweiten Halbleiterbereich (14b) aufweist, die aneinander an­ grenzen;
• - einen dritten Halbleiterbereich (15) als Emitterbe­ reich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in dem muldenförmigen Basisbereich (14) ausgebildet ist;
• - eine Gateoxidschicht (17), die auf einem Teil einer Oberfläche des relativ flachen zweiten Halbleiterbe­ reiches (14b) sowie auf den Oberflächen des dritten Halbleiterbereiches (15) und der zweiten Halbleiter­ schicht (13) zwischen diesen ausgebildet ist, wobei die Gateoxidschicht eine Dicke von etwa 60 nm bis 100 nm hat;
• - eine Gateelektrode (18), die auf der Gateoxidschicht (17) ausgebildet ist;
• - eine Emitterelektrode (19), die auf dem dritten Halb­ leiterbereich (15) ausgebildet ist; und
• - eine Kollektorelektrode (20), die auf der zweiten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht (11) ausge­ bildet ist,
• - wobei im Zentrum des muldenförmigen Basisbereiches (14) ein vierter Halbleiterbereich (14c) ausgebildet ist, der eine Dotierstoffkonzentration von etwa 0,8 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁵ cm^-2 und eine Tiefe hat, die etwa gleich der halben Tiefe des relativ flachen zwei­ ten Halbleiterbereiches (14b) ist,
• - wobei der Bipolartransistor eine hohe Sättigungsstrom­ dichte in der Größenordnung von 1000 A/cm² besitzt, deren Maximalwert nicht durch seine Blockierstrom­ dichte begrenzt ist,
• - wobei der Bipolartransistor an die Last (22) des Stro­ boskops anzuschließen ist, welche ein Strombegren­ zungselement für den Bipolartransistor bildet,
• - und wobei der relativ flache zweite Halbleiterbereich (14b) des Bipolartransistors eine Dotierstoffkonzen­ tration von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 sowie eine Tiefe von etwa 4 bis 10 µm hat.

3. Bipolartransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zweiten Halbleiterbereiches (14b) zwi­ schen dem dritten Halbleiterbereich (15) und der zweiten Halbleiterschicht (13) als Kanalbereich (16) ausgebildet ist, wobei der Kanalbereich (16) eine Breite pro Flächen­ einheit von mindestens etwa 300 cm^-1 hat.

4. Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (12, 13) eine dritte Halbleiterschicht (12) von dem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die als Pufferschicht auf der ersten Halblei­ terschicht (11) ausgebildet ist, wobei das Produkt der durchschnittlichen Dotierstoffkonzentration (C) und der Dicke (T) der dritten Halbleiterschicht (12) einen Wert (CT) von etwa 10¹⁴ cm^-2 hat.

5. Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (13) einen spezifischen Widerstand von etwa 20 bis 30 Ohm·cm und eine Dicke von etwa 50 µm hat.

6. Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (11) einen spezifischen Widerstand von etwa 0,05 bis 0,002 Ohm·cm hat.

7. Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode (19) sowohl auf dem dritten Halbleiterbereich (15) als auch auf dem muldenförmigen Basisbereich (14) ausgebildet ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

• - Herstellen einer ersten Halbleiterschicht (11) von ei­ nem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen;
• - Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht (12, 13) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf der ersten Haupt­ fläche der ersten Halbleiterschicht (11);
• - selektives Einleiten eines Dotierstoffes von dem er­ sten Leitfähigkeitstyp in die zweite Halbleiterschicht (13), um einen relativ tiefen ersten Halbleiterbereich (14a) von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der zweiten Halbleiterschicht (13) zu bilden;
• - Herstellen einer Oxidschicht (17a) mit einer Dicke von etwa 60 bis 100 nm auf der zweiten Halbleiterschicht (13) und dem ersten Halbleiterbereich (14a);
• - Herstellen einer Leiterschicht (18a) auf der Oxid­ schicht (17a);
• - Ausbilden eines Musters in der Oxidschicht (17a) und der Leiterschicht (18a) zur Bildung von Fenstern;
• - Einleiten eines Dotierstoffes von dem ersten Leitfä­ higkeitstyp in die zweite Halbleiterschicht (13) durch die jeweiligen Fenster, um einen relativ flachen zwei­ ten Halbleiterbereich (14b) von dem ersten Leitfähig­ keitstyp auszubilden, wobei die ersten und zweiten Halbleiterbereiche (14a, 14b) aneinander angrenzen und integriert sind, um einen muldenförmigen Basisbereich (14) von dem ersten Leitfähigkeitstyp zu bilden;
• - selektives Einleiten eines Dotierstoffes von dem zwei­ ten Leitfähigkeitstyp in den muldenförmigen Basisbe­ reich (14) durch die jeweiligen Fenster, um einen dritten Halbleiterbereich (15) von dem zweiten Leitfä­ higkeitstyp als Emitterbereich in dem muldenförmigen Basisbereich (14) auszubilden;
• - selektives Entfernen der Oxidschicht (17a) und der Leiterschicht (18a), wobei zumindest Teile (17, 18) davon auf einem Teil der Oberfläche des relativ fla­ chen zweiten Halbleiterbereiches (14b) zwischen Ober­ flächen des dritten Halbleiterbereiches (15) und der zweiten Halbleiterschicht (13) bleiben und eine Gate­ elektrode (18) bilden;
• - Herstellen einer Emitterelektrode (19) auf dem dritten Halbleiterbereich (15); und
• - Herstellen einer Kollektorelektrode (20) auf der zwei­ ten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht (11),
• - wobei der zweite Halbleiterbereich (14b) von dem er­ sten Leitfähigkeitstyp mit einer Dotierstoffkonzentra­ tion von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 und einer re­ lativ flachen Tiefe von etwa 4 bis 10 µm ausgebildet wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach einem der Ansprüche 2 bis 7, umfas­ send die folgenden Verfahrensschritte:

• - Herstellen einer ersten Halbleiterschicht (11) von ei­ nem ersten Leitfähigkeitstyp mit ersten und zweiten Hauptflächen;
• - Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht (12, 13) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf der ersten Haupt­ fläche der ersten Halbleiterschicht (11);
• - selektives Einleiten eines Dotierstoffes von dem er­ sten Leitfähigkeitstyp in die zweite Halbleiterschicht (13), um einen relativ tiefen ersten Halbleiterbereich (14a) von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der zweiten Halbleiterschicht (13) zu bilden;
• - Herstellen einer Oxidschicht (17a) mit einer Dicke von etwa 60 bis 100 nm auf der zweiten Halbleiterschicht (13) und dem ersten Halbleiterbereich (14a);
• - Herstellen einer Leiterschicht (18a) auf der Oxid­ schicht (17a);
• - Ausbilden eines Musters in der Oxidschicht (17a) und der Leiterschicht (18a) zur Bildung von Fenstern;
• - Einleiten eines Dotierstoffes von dem ersten Leitfä­ higkeitstyp in die zweite Halbleiterschicht (13) durch die jeweiligen Fenster, um einen relativ flachen zwei­ ten Halbleiterbereich (14b) von dem ersten Leitfähig­ keitstyp auszubilden, wobei die ersten und zweiten Halbleiterbereiche (14a, 14b) aneinander angrenzen und integriert sind, um einen muldenförmigen Basisbereich (14) von dem ersten Leitfähigkeitstyp zu bilden;
• - selektives Einleiten eines Dotierstoffes von dem zwei­ ten Leitfähigkeitstyp in den muldenförmigen Basisbe­ reich (14) durch die jeweiligen Fenster, um einen dritten Halbleiterbereich (15) von dem zweiten Leitfä­ higkeitstyp als Emitterbereich in dem muldenförmigen Basisbereich (14) auszubilden;
• - selektives Entfernen der Oxidschicht (17a) und der Leiterschicht (18a), wobei zumindest Teile (17, 18) davon auf einem Teil der Oberfläche des relativ fla­ chen zweiten Halbleiterbereiches (14b) zwischen Ober­ flächen des dritten Halbleiterbereiches (15) und der zweiten Halbleiterschicht (13) bleiben und eine Gate­ elektrode (18) bilden;
• - Herstellen einer Emitterelektrode (19) auf dem dritten Halbleiterbereich (15); und
• - Herstellen einer Kollektorelektrode (20) auf der zwei­ ten Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht (11),
• - wobei der zweite Halbleiterbereich (14b) von dem er­ sten Leitfähigkeitstyp mit einer Dotierstoffkonzentra­ tion von etwa 2 × 10¹⁴ bis 5 × 10¹⁴ cm^-2 und einer re­ lativ flachen Tiefe von etwa 4 bis 10 µm ausgebildet, wird,
• - wobei die Oxidschicht (17a) und die Leiterschicht (18a) zur Öffnung von mindestens einem Fenster nach der Herstellung der zweiten Halbleiterschicht (13) se­ lektiv entfernt werden,
• - und wobei ein Dotierstoff von dem ersten Leitfähig­ keitstyp in den muldenförmigen Basisbereich (14) mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 0,8 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁵ cm^-2 durch das jeweilige Fenster eingeleitet wird, um einen vierten Halbleiterbereich (14c) von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Mitte des muldenförmi­ gen Basisbereiches (14) auszubilden, der etwa die halbe Tiefe des relativ flachen zweiten Halbleiterbe­ reiches (14b) hat.