DE1251440C2

DE1251440C2 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE1251440C2
Application number: DE1963L0045011
Authority: DE
Inventors: Willi DipL-Phys 6000 Frankfurt; Kohl Günter Dr.rer. nat 6240 Königstein Gerlach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-06-01
Filing date: 1963-06-01
Publication date: 1980-04-03
Also published as: FR1396895A; DE1251440B; DE1464243A1; GB1071574A; CH430883A

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei oder mehr Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und mit einer niedriger dotierten Zone zwischen zwei höher dotierten Zonen, wobei der Halbleiterkörper so ausgebildet ist. daß in den Randgebieten, in denen die pn-Übergänge an die Oberfläche treten, die in die niedriger dotierte Zone gerichteten Normalen der pn-Übergangsflächen mit der au> dem Halbleiterkörper heraus gerichteten Normalen der Randfläche des Halbleiterkörper mindestens in den Bereichen der Sperrschichtausdehnungen einen Winkel kleiner als 90" bilden.

Die auf dem Gebiet der Halbleiterphysik in den letzten Jahren gemachten Fortschritte ermöglichten tine ständige Verbesserung der Halbleiterbauelemente, Mit der Verbesserung der Bauelemente weiteteil sich die technischen Einsatzmögiichkeiten aus, gleichzeitig iteigerten sich jedoch auch die Anforderungen bezüglich der technischen Daten der Halbleiterbauelemente. Mit das wichtigste Kennzeichen eines Halbleiterbauelcmeriles mit Sperrschichten ist seine Sperrfähigkeit. Die Sperrfähigkeit von Halbleiterbauelementen wird im wesentlichen durch die Ausdehnung der Sperrschicht in eine benachbarte Zone hinein und durch die kritische Feldstärke der Sperrschicht sowie auch durch einen Feldslärkedurchbruch an der Oberfläche, in die der pn-übergang mündet, begrenzt Ohne Berücksichtigung dieser bekannten die Sperrfähigkeit begrenzenden Effekte sollte ein optimal dimensioniertes Halbleiterelement bis zum Feldstärkedurchbruch der Sperrschicht,

i^Q dem sogenannten Volumendurchbruch, belastbar sein. Diese Optimalbedingung kann bekannterweise wegen der Oberflächeneigenschaften der Halbleitermaterialien bei hochsperrenden Halbleiterelementen nicht ohne weiteres erfüllt werden, da der Feldstärkedurchbruch an der Oberfläche im allgemeinen bereits vor dem Feldstärkedurchbruch im Volumen erreicht wird.

Unter Einwirkung der angelegten Spannung dehni jich die Sperrschicht aus, und zwar vor allem in die Schicht, die von den beiden den betreffenden pn-Übergang darstellenden Schichten verschiedenen Leitfähig-•keitstyps die niedrigere Dotierung aufweist Die zum Feldstärkedurchbruch an dem an die Oberfläche grenzenden Rand der Sperrschicht notwendige Feldstärke kann dadurch erhöht werden, daß die Sperrschicht an der Oberfläche verbreitert wird. In dieser Weise ist es möglich, zu gewährleisten, daß der Feldstärkedurchbvuch an der Oberfläche erst bei einem höheren Spannungswert erreicht wird als dem, bei dem bereits der Volumendurchbruch stattfindet Es sind

-1° bereits. Gleichrichter bekannt, bei denen die Oberfläche des Halbleiterbauelements an der Stelle, an der der pn-übergang an die Oberfläche tritt, in der Weise abgeschrägt ist, daß die Ausdehnung der Sperrschicht sich vor allem in den verjüngenden Bereich des Halbleiterbauelements erstreckt. In Fig. 1 ist eine solche Anordnung prinzipiell dargestellt Der pn-Übergang wird durch eine höher dotierte Halbleiterschicht (ρ*) und eine angrenzende niedriger dotierte Schicht des anderen Leitfähigkeitstyps in) gebildet. Die Ab-

'¹⁰ schrägung in dem Beispiel nach ϊ ι g. 1 bewirkt, daß bei einer durch die Sperrspannung bedingten Ausdehnung der Sperrschicht 1 bis zu den mit 2 dargestellten Grenzen die Sperrschichtausdehnung an der Oberfläche größer wird und dadurch die an der Oberfläche an der Sperrschicht auftretende Feldstärke gegenüber der innerhalb der Sperrschicht im Volumen auftretenden Feldstärke kleiner ist.

In F i g. 2 ist ein Halbleiterkörper dargestellt, bei dem die Abschrägung der Oberfläche an der Stelle des pn Überganges umgekehrt verläuft wie im Beispiel nach Fig. I. Diese Formgebung führt zu einer Zusammendrängung der Sperrschicht an der Oberfläche und wirkt damit im ungünstigen Sinn auf die sich ausbildende Feldstärke sowie auf die Sperrfähigkeit des pn-Über-

" ganges an der Oberfläche.

Die nach Fig. 1 für Halbleiterbauelemente mit nur einem pn-übergang mögliche einfache Formgebung der Oberfläche und eine damit bewirkte Beeinflussung der Sperrfähigkeit ist bei Mehrschichtensystemen nicht ausführbar.

In Fig.J ist der bekannte Aufbau eines Halbleiterkörper mit zwei pn-Übergängen Und abgeschrägter Oberfläche dargestellt, je nach Polung der angelegten Spannung übernimmt die Sperrschicht 11 oder die Sperrschicht 12 die Sperrspannung. Bei einem Vergleich der Fig. 1, 2 und 3 wird ersichtlich, daß nur für die Sperrschicht 12 eine Aufweitung an der Oberfläche und damit eine Erhöhung der Öberflächendurchbruchsspan-

nung erzielt wird.

Zur Einstellung des vorstehend diskutierten günstigen Winkels im Bereich der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, in dem die pn-Übergänge in die Oberfläche treten, ist bereits vorgeschlagen worden (DE-Patent 14 39 215), den Halbleiterkörper so auszubilden, daß die Mantelflächen der höher dotierten Zonen mit den pn-Übergangsflächen einen stumpfen und die Mantelfläche der mittleren Zone mit diesen Flächen jeweils einen spitzen Winkel bilden und die Summe des spitzen und des stumpfen Winkels jeweils gleich 180° ist Dies bedeutet, daß bei dieser älteren Konfiguration die in die niedriger dotierte Zone gerichteten Normalen der pn-Übergangsflächen mit der aus dem Halbleiterkörper heraus gerichteten Normale der Randfläche des Halbleiterkörpers mindestens in den Bereichen der Sperrschichtausdehnung einen Winkel kleiner als 90° bilden.

Da gemäß des älteren Vorschlags die Maßnahmen zur Erfüllung der Winkelbedingung im Bereich der Mantelfläche des Halbleiterkörpers durchgeführt werden müssen, führt dies zu technologischen Schwierigkeiten in Verbindung mit einer hohen Empfindlichkeit gegen mechanische Beeinträchtigungen im Bereich dieser Mantelfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Konfigurationen zur Erfüllung der vorgenannten Winkelbedingung anzugeben, die sich besonders einfach und ohne Beeinträchtigung des Halbleiterkörpers herstellen lassen.

Die zur Lösung der Aufgabe beanspruchten Merkmale sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet

An Hand der beiden in den Fig.4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele von Halbleiterkörpern für Halbleiterbauelemente nach der Erfindung wird die Erfindung näher erläutert.

In einen Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig.4 mit einer Vertiefung 14 werden die pn-Übergänge eindiffundiert Nach dem Diffusionsvorgang wird das innere, η-leitende Material durch eine ρ+ -leitende äußere Schicht 15 vollständig umschlossen. Dieses so vorliegende Element wird nun mittels bekannter Schliff-Ätz-Verfahren an dem gegenüber dem inneren, vertieften Teil stark erhabenen Rand bearbeitet, so daß gemäß einer vorbestimmten Kurve f 3 eine Abtragung des Randes vorgenommen wird. Die Abtragung muß so weit vorgenommen werden, daß sowohl die geschlossene äußere ρ+ -leitende Schicht aufgetrennt wird als auch die Normalenbedingung für die nun getrennten beiden pn-Übergänge erfüllt ist Die Abtragungskurve 13 kann eine konkave, ebene oder konvexe Kegelmantelfläche sein. Gemäß dem Ausfüh-

rungsbeispiel werden die pn-Übergänge 11 und 12 an den Stellen 111 und 112 von der durch die Abtragung nach der Kurve 13 entstandenen Oberfläche so geschnitten, daß die Normalenbedingung für beide pn-Obergänge erfüllt ist Der weitere Aufbau zu einem

Vierschichtenelement vollzieht sich in der Vertiefung 14 nach einem der bekannten Legierungsverfahren. Die Schichtenfolge in der Vertiefung 14 bestimmt die Volumeneigenschaften des Bauelementes, während die Formgebung der Oberfläche für die Oberflächene.genschäften des Halbleiterelementes maßgebend ist

Das in F i g. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt ein nach einem Verfahren der PlanardiffuMon ausgeführtes Dreischichtenelement An der Stelle 24 ist die Eindiffusion der ρ ⁺ -dotierten Störstellenart durch eine ringförmige Oxydmaske verhindert worden. Mittels eines bekannten Schliff-Ätz-Verfahrens kann an der Stelle, an der die Eindiffusion der p-dotierten Störstellenart verhindert wurde, eine Oberflächenformung vorgenommen werden, die die Normalenbedingung gewährleistet An den Stellen 21 und 22 werden die pn-Übergänge von der durch die Abtragungskurve 23 bestimmten Oberfläche geschnitten, und zwar so, daß die in Richtung zum hochohmigen Material zeigende Flächennormale auf der durch den pn-übergang in Nähe der Oberfläche gebildeten Ebene mit der nach außen zeigenden Flächennormalen der Oberfläche einen Winkel kleiner als 90^c bildet

Die Halbleiterkörper nach Fi g. 4 und 5 können nach bekannten Verfahren zu steuerbaren HaJbleitergleich-

■to richtern mit vier oder fünf Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps weiterverarbeitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei oder mehr Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und mit einer niedriger dotierten Zone zwischen zwei höher dotierten Zonen, wobei der Halbleiterkörper so ausgebildet ist, daß in den Randgebieten, in denen die pn-Übergänge an die Oberfläche treten, die in die niedriger dotierte Zone gerichteten Normalen der pn-Obergangsflächen mit der aus dem Halbleiterkörper heraus gerichteten Normalen der Randfläche des Halbleiterkörpers mindestens in den Bereichen der Sperrschichtausdehnungen einen Winkel kleiner als 90° bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper kegelstumpfförmig ausgebildet ist, auf der verjüngten Seite eine Vertiefung (14) aufweist und zwei diffundierte, die niedriger dotierte Zone begrenzende pn-L/bergänge (11, 12) enthält, die in die Mantelfläche des Kegelstumpfes münden.

2. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei oder mehr Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und mit einer niedriger dotierten Zone zwischen zwei höher dotierten Zonen, wobei der Halbleiterkörper so ausgebildet ist, daß in den Randgebieten, in denen die pn-Übergänge an die Oberfläche treten, die in die niedriger dotierte Zone gerichteten Normalen der pn-Übergangsflächen mit der aus dem HaIbleiterköry >r heraus gerichteten Normalen der Randfläche des Halbleiterkörper mindestens in den Bereichen der Sperrschichtausdehnungen einen Winkel kleiner als 90° bilder dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper zwei diffundierte, die niedriger dotierte Zone begrenzende pn-Übergänge enthält, die beide kreisförmig und konzentrisch zueinander auf einer zu den pn-Übergangsflächen parallelen Seite des Halbleiterkörpers an die Oberfläche treten, und daß der Halbleiterkörper in diesem Bereich eine konkave Vertiefung aufweist.