DE976709C - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls mit Zonen verschiedenen Leitungstyps bei A-B-Verbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls mit Zonen verschiedenen Leitungstyps bei AIII-Bv-Verbindungen Das Hauptpatent betrifft ein elektrisches Halbleitergerät, wie Gleichrichter, steuerbare Kristallverstärker, photo- oder thermoelektrische Geräte und der Steuerung dienende Geräte. Als Halbleiterkörper ist eine Verbindung verwendet mit dem Atomverhältnis I : r aus einem der Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) oder Indium (In), die zur III. Gruppe des Periodischen Systems gehören, mit einem der Elemente Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb), die zur V. Gruppe des Periodischen Systems gehören. Diese Halbleiter werden insbesondere als Kristalle, vorzugsweise als Einkristalle, hergestellt und verwendet. Es ist bekannt, daß Halbleiterkristalle, die aufeinanderfolgende Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften aufweisen, für die praktische Verwendung von besonderer Bedeutung sind. So ist z. B. ein Halbleiterkristall, bei dem eine elektronenleitende Zone auf eine defektelektronenleitende Zone folgt, im allgemeinen als Gleichrichter besonders gut verwendbar. Ferner ist ein Halbleiterkristall, in dem auf eine elektronenleitende Zone eine defektelektronenleitende Zone und auf diese wiederum eine elektronenleitende Zone folgt, als steuerbarer Widerstand verwendbar. Es sei hingewiesen auf jene Anordnungen, die unter der Bezeichnung »Transistor« bekanntgeworden sind. Die Zahl der aufeinanderfolgenden Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften kann vermehrt werden, wie das an sich bekannt ist. Die bei den Transistoren usw. verwendete Anordnung der Elektroden ist auch bei den neuen Halbleiterkristallen anwendbar. Mit Hilfe aufeinanderfolgender Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften lassen sich auch die von den Transistoren u. dgl. her bekannten p-n-Übergänge bilden.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Halbleiterkristalle der vorerwähnten Art aus den, wie oben angegeben, im Hauptpatent definierten AIIIBv-Verbindungen herzustellen. Hinsichtlich der Einzelheiten bezüglich der Zusammensetzung und Herstellung solcher Verbindungen sei auf das Hauptpatent verwiesen. Um bei der Herstellung der genannten Verbindungen Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften zu erzeugen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Stoff von solcher Beschaffenheit und in solcher Verteilung aufgebracht, daß der Stoff, mindestens teilweise in den erhitzten Halbleiterkörper hineindiffundierend, in ihm die gewünschten Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften erzeugt.
• Dieses Verfahren ist für die Anwendung bei Germanium bereits bekanntgeworden; die Anwendung auf halbleitende Verbindungen der vorgenannten Art bildet den Gegenstand der vorliegenden Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes.
• Für die Durchführung des neuen Verfahrens stehen mehrere Wege zur Verfügung. Es kann z. B. von einem elektronenleitenden (n-leitenden) Halbleiterkristall ausgegangen werden. Auf einen solchen Halbleiterkristall wird ein Defektelektronenleitung (p-Leitung) erzeugender Stoff, z. B. ein Element der II. Gruppe des Periodischen Systems (wie Cadmium, Zink, Magnesium) aufgebracht, z. B. aufgedampft, und zwar auf diejenige Stelle der Oberfläche, die die umzuwandelnde Zone außen umgibt. Vor dem Aufbringen des Stoffes oder auch während des Aufbringens oder nach dem Aufbringen des Stoffes wird der Kristall erhitzt> mit der Folge, daß der Stoff in den erhitzten Kristall hineindiffundiert und in ihm die gewünschte p-leitende Zone erzeugt.
• Es ist ebenso möglich, von einem defektelektronenleitenden (p-leitenden) Kristall auszugehen und auf diesen stellenweise einen Elektronenleitung (n-Leitung) erzeugenden Stoff (z. B. ein Element der VI. Gruppe des Periodischen Systems, wie Tellur, Selen) aufzubringen. Das übrige vollzieht sich wie bei dem vorerwähnten Verfahren; es wird also vor oder während oder nach dem Aufbringen des Stoffes der Kristall erhitzt, so daß der Stoff, in den erhitzten Kristall hineindiffundierend, in diesem eine oder mehrere n-leitende Zonen erzeugt.
• Der verwendete Halbleiterkristall kann z. B. aus Aluminiumantimonid mit entsprechenden Zusätzen bestehen. Soll der Halbleiterkristall n-leitend sein, so werden als Zusätze z. B. Elemente der VI. Gruppe des Periodischen Systems, wie Selen oder Tellur, verwendet. Soll hingegen der Halbleiterkristall p-leitend sein, so wird dem Grundstoff Aluminiumantimonid als Zusatzstoff ein oder mehrere Elemente der II. Gruppe des Periodischen Systems (wie Cadmium, Zink, Magnesium) zugegeben.
• Man kann das neue Verfahren auch in der Weise verwirklichen, daß man gleichsam fertige Zonen zusammensetzt. Hierzu wird z. B. auf einen n-leitenden Kristall (z. B. aus Aluminiumantimonid [Al Sb] mit entsprechenden Zusätzen bestehend) ein p-leitender Kristall (z. B. ebenfalls aus Aluminiumantimonid, jedoch mit anderen Zusätzen bestehend) aufgebracht. In Verbindung hiermit läßt man Hitze auf die beiden Kristalle einwirken, so daß an der Stoßstelle eine gegenseitige Diffusion eintritt und dadurch in dem Gesamtkörper sich ein p-n-Übergang bildet. Durch die Hitzeeinwirkung in Verbindung mit einem entsprechenden mechanischen Druck kann zugleich auch eine feste Verbindung zwischen den beiden Kristallen hergestellt werden. Zuvor werden die beiden Kristalle an den Flächen, die später die Stoßstelle bilden, gut durch Schleifen einander angepaßt. Dies ermöglicht es, den festen Zusammenhalt der Körper nach Art jener Verbindung herzustellen, wie sie auf dem Gebiet optischer Geräte als »Aufsprengen« von zwei Glaskörpern aufeinander bezeichnet wird. Das in diesem Absatz beschriebene Verfahren kann naturgemäß auf mehr als zwei Kristalle oder Kristallstücke angewendet werden, so daß ein Gesamtkörper entsteht, der drei oder mehr Zonen enthält, die sich wechselweise durch ihren Leitungstyp oder in anderer Weise elektrisch unterscheiden. Das neue Verfahren läßt sich auch sö ausführen, daß zwei Kristalle gleichen Leitungstyps (also n-leitend oder p-leitend) unter Einfügung einer den entgegengesetzten Leitungstyp aufweisenden bzw. hervorrufenden Zwischenschicht aneinandergesetzt werden, in Verbindung mit Hitzeeinwirkung, so daß die Zwischenschicht beiderseits in die Kristalle hineindiffundiert und sich so in dem Gesamtkörper ein n-p-n- bzw. ein p-n-p-Übergang bildet. Für die Herbeiführung des mechanischen Zusammenhaltes gilt das Vorgesagte.
• Man kann auch in der Weise verfahren, daß man einen Kristall gleichen Leitungstyps in zwei Stücke zerbricht, alsdann eine sehr dünne Zwischenschicht entgegengesetzten Leitungstyps auf die Bruchstelle des einen Kristallteiles oder beider Kristallteile aufbringt, insbesondere aufdampft, und daraufhin die beiden Kristallteile an der Bruchstelle wieder zusammensetzt, in Verbindung mit Einwirkung von Hitze und vorzugsweise auch von mechanischem Druck. Man erhält so in dem Kristall wieder einen n-p-n- bzw. einen p-n-p-Übergang.
• Für die Zwischenschicht wird, je nachdem, ob die Zwischenschicht bzw. die durch sie gebildete Zone n-leitend oder p-leitend sein soll, vorzugsweise ein Element der VI. Gruppe des Periodischen Systems (wie z. B. Tellur oder Selen) oder ein Element der Il. Gruppe des Periodischen Systems (z. B. Cadmium, Zink, Magnesium) verwendet. Auch für dieses Verfahren gilt das am Ende des vorhergehenden Absatzes Gesagte entsprechend. Es ist für manche Zwecke nicht notwendig, daß die Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften in dem Halbleiterkristall sprunghaft aufeinanderfolgen; es ist vielmehr auch möglich, zwischen den Zonen allmählich Übergänge zuzulassen. Die Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften müssen sich ferner nicht stets durch ihren Leitungstyp unterscheiden. Man kann vielmehr für bestimmte Zwecke auch Zonen gleichen Leitungstyps aufeinanderfolgen lassen, die sich dann jedoch voneinander durch die Größe der Leitfähigkeit unterscheiden. Dies gilt insbesondere für die Aufgabe, Elektroden sperrfrei mit dem Kristall zu kontaktieren. Für diesen Zweck wird z. B. auf eine bestimmte Stelle eines elektronenleitenden Halbleiterkristalls ein ebenfalls Elektronenleitung erzeugender Stoff, z. B. ein Element der VI. Gruppe des Periodischen Systems (wie Tellur, Selen) aufgebracht. Durch Hitzeeinwirkung wird dafür gesorgt, daß dieser Stoff - mindestens teilweise - in den erhitzten Kristall hineindiffundiert und in diesem in der betreffenden Zone die n-Leitung erhöht. Bringt man alsdann an dieser Stelle eine metallische Elektrode auf, so wird erreicht, daß zwischen der Elektrode und dem Kristall eine sperrfeie Kontaktierung eintritt.
• Das gleiche gilt für einen defektelektronenleitenden Kristall oder Kristallteil, auf den alsdann ein Defektelektronenleitung erzeugender Stoff, z. B. ein Element der 1I. Gruppe des Periodischen Systems, (wie Cadmium, Zink, Magnesium) aufgebracht wird, der dann bei Hitzeeinwirkung in den Kristall hineindiffundiert und an der betreffenden Stelle eine Zone erhöhter p-L eitfähigkeit erzeugt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls, insbesondere Halbleitereinkristalls, mit Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften, z. B. verschiedenen Leitungstyps (Elektronenleitung und Defektelektronenleitung) und/oder verschiedener Leitfähigkeit, für ein elektrisches Halbleitergerät, bei dem als Halbleiter eine Verbindung mit dem Atomverhältnis i : i aus einem der Elemente Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga) oder Indium (In), die zur III. Gruppe des Periodischen Systems gehören, mit einem der Elemente Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb), die zur V. Gruppe des Periodischen Systems gehören, verwendet ist nach Patent 97042o, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zonen verschiedener elektrischer Eigenschaften auf die Oberfläche des AIIIBV Halbleiterkörpers ein Stoff von solcher Beschaffenheit und in solcher Verteilung aufgebracht wird, daß der Stoff, mindestens teilweise in den erhitzten Halbleiterkörper hineindiffundierend, in ihm die gewünschten Zonen verschitdener elektrischer Eigenschaften erzeugt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von einem elektronenleitenden (n-leitenden) Halbleiterkristall ausgegangen und auf diesen ein Defektelektronenleitung (p-Leitung) erzeugender Stoff, z. B. ein Element der II. Gruppe des Periodischen Systems, wie Cadmium, Zink, Magnesium) aufgebracht, z. B. aufgedampft wird, der - in den erhitzten Kristall hineindiffundierend - in diesem eine p-leitende Zone erzeugt.
3. 3. Verfahren. nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von einem defektelektronenleitenden Kristall ausgegangen und auf diesen ein Elektronenleitung erzeugender Stoff (z. B. ein Element der VI. Gruppe des Periodischen Systems, wie Tellur, Selen) aufgebracht, z. B. aufgedampft wird, der - in den erhitzten Kristall hineindiffundierend - in diesem eine n-leitende Zone erzeugt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen n-leitenden Kristall (z. B. aus Aluminiumantimonid mit entsprechenden Zusätzen bestehend) ein p-leitender Kristall (z. B. ebenfalls aus Aluminumantimonid, jedoch mit anderen Zusätzen bestehend) aufgebracht wird, in Verbindung mit Hitzeeinwirkung, so daß an der Stoßstelle eine gegenseitige Diffusion eintritt und damit sich in dem Gesamtkörper ein p-n-Übergang bildet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kristalle gleichen Leitungstyps (n-leitend oder p-leitend) unter Einfügung einer den entgegengesetzten Leitungstyp hervorrufenden Zwischenschicht aneinandergesetzt werden, in Verbindung mit Hitzeeinwirkung, so daß die Zwischenschicht beiderseits in die Kristalle hineindiffundiert und sich so in dem Gesamtkörper ein n-p-n- bzw. p-n-p-Übergang bildet.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Halbleiterkristall oder einen Teil des Halbleiterkristalls ein Stoff aufgebracht wird, der denselben Leitungstyp erzeugt, den der betreffende Kristall oder Kristallteil darstellt, so daß der Stoff - in den erhitzten Kristall oder Kristallteil hineindiffundierend - in diesem bzw. in der betreffenden Zone des Kristalls die Leitfähigkeit erhöht. In Betracht gezogene Druckschriften: »The Phys. Rev.«, November 195o, S.467/468. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 961 469.