DE1032407B - Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
- Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen, die mit Germanium, Silizium oder einer intermetallischen halbleitenden Verbindung oder mit einer Legierung mit diesen Substanzen als Halbleiter versehen sind, weisen insbesondere bei ihrer Ausbildung als Gleichrichter sperrende Elektroden auf, die in der Lage sind, bei Vorspannung in Durchlaßrichtung Ladungsträger zu injizieren, die im stromlosen Zustand in dem Halbleiterkörper in der Minderzahl vorhanden sind und deshalb Minoritätsladungsträger genannt werden. Im Gegensatz dazu bezeichnet man die im stromlosen Zustand im Halbleiterkörper in der Mehrzahl vorhandenen Ladungsträger als Majoritätsladungsträger. Bei einem Halbleiter vom n-Typ werden also die zur Leitung beitragenden Elektronen als Majoritätsladungsträger bezeichnet, während die Löcher oder Defektelektronen als Minoritätsladungsträger zu bezeichnen sind. Diese Injektion kann auch bei den als p-n-Übergängen bezeichneten Grenzschichten auftreten, bei denen innerhalb des Halbleiterkörpers der Leitfähigkeitstyp wechselt. Die eine Seite dieser p-n-Übergänge besteht oft nur aus einer dünnen Schicht des ursprünglich hinsichtlich seiner Leitfähigkeit nach Typ und numerischen Wert einheitlichen Halbleiterkörpers, die infolge von Einbau (Eindiffusion) von Fremdatomen in das Kristallgitter in genügender Menge ihren Leitfähigkeitstyp gewechselt hat. Eine solche Schicht bezeichnet man als Inversionsschicht.
- Der Injektionsvorgang bei Vorspannung in Durchlaßrichtung führt nun dazu, daß die Anzahl der Minoritätsladungsträger die der 2Jajoritätsladungsträger wesentlich übersteigt und der Strom praktisch vollständig von den Minoritätsladungsträgern geführt wird.
- Bei den bisher bekannten Gleichrichtern wurde nun an der sogenannten sperrfreien Elektrode stets eine Anreicherungsrandschicht für die Majoritätsladungsträger vorgesehen. Dies führte zwar dazu, daß den Majoritätsladungsträgern der Übergang zwischen Elektrode und Halbleiterkörper erleichtert wurde, andererseits war die zwingende Folge dieser Anreicherungsrandschicht, daß den Minoritätsladungsträgern dieser Übergang erschwert wurde. Man erzielte zwar dabei sehr hohe Sperrspannungen, doch wurde naturgemäß der von den Minoritätsladungsträgern geführte Flußstrom vermindert. Dies trat besonders störend bei solchen Gleichrichtern auf, bei denen der Elektrodenabstand bis in die Größenordnung der Diffusionslänge der --%,Iinoritätsladungsträger vermindert wurde.
- Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung mit Germanium, Silizium oder einer intermetallischen halbleitenden Verbindung oder deren Legierungen als halbleitender Substanz, bei der der Strom in Durchlaßrichtung, zum mindesten in einem Teil der Halbleiterschicht, überwiegend durch Minoritätsladungsträger geführt wird und bei der der Elektr odenabstand kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger ist. Diese unterscheidet sich erfindungsgemäß von den bisher bekannten dadurch, daß der Ladungsträgerübergang in die sperrfreie Elektrode durch eine Schichtenfolge oder Schicht erleichtert ist, die eineAnreicherung für die in Durchlaßrichtung in der Mehrzahl vor der sperrfreien Elektrode auftretenden Ladungsträger hervorruft, und daß die Schichtenfolge oder Schicht derart beschaffen ist, daß im stromlosen Zustand vor der sperrfreien Elektrode keine Inversionsschicht auftritt.. Durch die Unterbindung einer Inversionsschicht wird verhindert, daß die sperrfreie Elektrode bei Vorspannung in Sperrichtung ihrerseits injiziert, und es wird erreicht, daß sich die Durchlaßrichtung des Systems verbessert, während in Sperrichtung keineVerschlechterung auftritt.
- Eine besonders günstige Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß vor der sperrfreien Elektrode eine Anreicherungsrandschicht für die Majoritätsladungsträger des Grundmaterials und vor dieser Anreicherungsrandschicht eine Schicht mit erhöhter Rekombination vorgesehen ist, die in der Tiefe der Halbleiterschicht ganz oder teilweise außerhalb der Anreicherungsrandschicht liegt. In diesem Falle werden die injizierten Minoritätsladungsträger durch Rekombination vernichtet und der Strom durch Majoritätsladüngsträger weitergeführt. Deren Übergang in die Elektrode wird nun in herkömmlicher -Weise durch eine Anreicherungsrandschicht erleichtert. Dabei ist es von Belang, daß die Rekombination mindestens eines Teiles der Minoritätsladungsträger vor deren Eintritt in die Anreicherungsrandschicht der Majoritätsladungsträger vorgenommen wird.
- Eine Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung kann auch in der Weise ausgebildet sein, daß vor der sperrfreien Elektrode eine Schicht mit gegenüber dem Ausgangsmaterial verminderter Konzentration an Majoritätsladungsträgern vorgesehen ist. In diesem Falle wird durch eine Raumladungsschicht vor der sperrfreien Elektrode ein Feld erzeugt, das den Übertritt der Minoritätsladungsträger in die sperrfreie Elektrode erleichtert, denn eine Verarmungsrandschiebt an Majoritätsladungsträgern ist auch dann gleichbedeutend mit einer Anreicherungsrandschicht für Minoritätsladungsträger, wenn durch die damit verbundene Gleichgewichtsverschiebung keine Inversion eintritt.
- Um durch die Bestimmung, daß der Elektrodenabstand kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger sein soll, nicht zur Verwendung unhandlicher dünner Halbleiterschichten gezwungen zu sein, empfiehlt es sich, für die Halbleiteranordnung ein Halbleitermateriäl zu verwenden, in dem die Diffusionslänge der Minoriätsladungsträger größer ist als 0,2 mm.
- Darüber hinaus ist die Erfindung auch auf solche Halbleiteranordnungen anwendbar, die mehr als eine sperrfreie oder/und sperrschichtbehaftete Elektrode aufweisen und bei denen wiederum den sperrschichtbehafteten Elektroden p-n-Übergänge gleichzusetzen sind.
- Zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, die gemäß der Erfindung vor der sperrfreien Elektrode eine Anreicherungsrandschicht für die Majoritätsladungsträger des Grundmaterials und vor dieser Anreicherungsrandschicht eine Schicht mit erhöhter Rekombination aufweisen, hat es sich bewährt, sowohl die Schicht mit erhöhter Rekombination als auch die Anreicherungsrandschicht der Majoritätsladungsträger durch Eindiffusion von Fremdatomen zu erzeugen. Dabei eignet sich zur Herstellung der Rekombinationsschicht besonders Nickel, während die Anreicherungsrandschicht durch Eindiffusion von Stoffen erzeugt werden kann, die nach der bekannten Regel ausgesucht sind, wonach die Elemente der III. Gruppe des Periodischen Systems in den Halbleitern der in Frage kommenden Art p-Leitung und die Elemente der V. Gruppe n-Leitung hervorrufen. Nach der gleichen Regel können die Stoffe ausgesucht werden, die zur Erzeugung von Systemen mit erfindungsgemäß vor der sperrfreien Elektrode verminderter Konzentration von Majoritätsladungsträgern dienen. Man wird also in diesem Falle bei Ausgangsmaterial vom n-Typ die Konzentration an Majoritätsladungsträgern dadurch vermindern, daß man Elemente der III. Gruppe eindiffundieren läßt, während man bei Ausgangsmaterial vom p-Typ Elemente der V. Gruppe wählt.
- Um den mit den Halbleiteranordnungen gemäß der Erfindung verbundenen Vorteil voll ausnutzen zu können, empfiehlt es sich, die Fremdatomkonzentration in der Rekombinationsschicht so groß zu wählen, daß in ihrem Bereich die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger kleiner ist als die Tiefe der Rekombinationsschicht, besser noch wird sie so gewählt, daß die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger kleiner ist als dieTiefe des Bereiches der Rekombinationsschicht vor der Anreicherungsrandschicht. Die Schicht mit der gegenüber dem Ausgangsmaterial veränderten Konzentration der Majoritätsladungsträger kann auch durch Auswahl des Elektrodenmaterials hinsichtlich des Vorzeichens seiner Austrittsarbeitsdifferenz gegenüber dem Halbleitermaterial gebildet werden, und zwar vorzugsweise zur Verminderung der Konzentration der Majoritätsladungsträger in dem Sinne, daß die Austrittsarbeit des Elektrodenmaterials für Elektronen kleiner ist als die des Halbleitermaterials, wenn der Halbleiter ein Überschußhalbleiter ist, daß sie jedoch größer ist als die des Halbleitermaterials, wenn der Halbleiter ein Defekthalbleiter ist.
Claims (11)
- PATLNTANSPRCCIIE-1. Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung mit Germanium, Silizium oder einer intermetallischen halbleitenden Verbindung oder deren Legierungen als halbleitender Substanz, bei der der Strom in Durchlaßrichtung, zum Mindesten in einem Teil der Halbleiterschicht, überwiegend durch Minoritätsladungsträger geführt wird und bei der der Elektrodenabstand kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerübergang in die sperrfreie Elektrode durch eine Schichtenfolge oder Schicht erleichtert ist, die eine Anreicherung für die in Durchlaßrichtung in der Mehrzahl vor der sperrfreien Elektrode auftretenden Ladungsträger hervorruft, und daß die Schichtenfolge oder Schicht derart beschaffen ist, daß im stromlosen Zustand vor der sperrfreien Elektrode keine Inversionsschicht auftritt.
- 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der sperrfreien Elektrode durch erhöhten Einbau von Fremdatomen eine Anreicherungsrandschicht für die Majoritätsladungsträger des Halbleitergrundmaterials und vor dieserAnreicherungsrandschicht durch Einbau von Fremdatomen eine Schicht mit erhöhter Rekombination für die Minoritätsladungsträger vorgesehen ist, die in der Tiefe der Halbleiterschicht ganz oder teilweise außerhalb der Anreicherungsrandschicht liegt.
- 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einbau von Fremdatomen vor der sperrfreien Elektrode eine Schicht mit gegenüber dem Ausgangsmaterial verminderter Konzentration an Majoritätsladungsträger vorgesehen ist.
- 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitermaterial verwendet wird, in dem die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger größer ist als 0,2 mm.
- 5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehr als eine sperrfreie und/oder sperrschichtbehaftete Elektrode aufweist.
- 6. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Schicht mit erhöhter Rekombination der Minoritätsladungsträger als auch die Anreicherungsrandschicht der Majoritätsladungsträger durch Eindiffusion von Fremdatomen erzeugt wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatomkonzentration in der Rekombinationsschicht so groß gewählt wird, daß in ihrem Bereich die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger kleiner ist als die Tiefe der Rekombinationsschicht. B.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatomkonzentration in der Rekombinationsschicht so groß gewählt wird, daß in ihrem Bereich die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger kleiner ist als die Tiefe des Bereiches der Rekombinationsschicht vor der Anreicherungsrandschicht.
- 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsschicht durch Eindiffusion von Nickel erzeugt wird.
- 10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verminderte Konzentration an Majoritätsladungsträgern durch Eindiffusion solcher Substanzen erzeugt wird, die in der Lage sind, in dem Halbleitermaterial Ladungsträger des Minoritätstyps zu erzeugen.
- 11. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit der gegenüber dem Ausgangsmaterial veränderten Konzentration der Majoritätsladungsträger vor der sperrfreien Elektrode durch Verwendung eines solchen Elektrodenmaterials erzeugt wird, dessen Austrittsarbeit für Elektronen kleiner ist als die des Halbleiters, wenn der Halbleiter ein Überschußhalbleiter ist, die jedoch größer ist als die des Halbleiters, wenn der Halbleiter ein Defekthalbleiter ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 561411, 2 603 693; Bell Laboratories Record, Bd. 33, 1955, S. 260 bis 263.
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1955
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