DE1464715C3 - Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps

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Description

Es ist aus der Zeitschrift »Proc. of the IRE«, Bd. 50 (1962), Heft 8 (August), S. 1822 und 1823, bekannt, daß in gewissen Halbleitermaterialien mit einer Dotierung mit bestimmte Energieniveaus bildenden Stoffen und bei Anlegen einer Vorwärtsspannung an einen pn-übergang in einem Halbleiterkörper aus einem solchen Material eine Lichtemission mit hohem Wirkungsgrad erhalten werden kann, die der Rekombinationsstrahlung zuzuschreiben ist. Unter Rekombinationsstrahlung versteht man in der Halbleitertechnik eine Strahlung, die dadurch entsteht, daß Ladungsträger, d. h. Löcher und Elektronen, rekombinieren und Photonen bilden. Der Rekombinationsprozeß an sich umfaßt die Aufhebung der Zusammenstöße zwischen den beiden Ladungsträgertypen im Innern des Halbleiterkörpers, wobei die Ladungsträger wirksam verschwinden. Gewisse Arten bekanntgewordener Rekombinationen sind strahlungsbildend. Bisher war jedoch eine derartige Strahlung in brauchbarer und wirtschaftlicher Form nicht ausnutzbar.
Bei bipolaren Flächentransistoren, die als Signalübertragungs-Halbleiterbauelemente in einem weiten Anwendungsfeld verwendet werden, ist die Ladungsträgerinjektion ein Merkmal seiner Funktionsweise, und zwar wird die Minoritätsladungsträgerinjektion entsprechend den zu übertragenden Signalen gesteuert. Die injizierten Minoritätsladungsträger diffundieren durch die Basiszone hinüber zu dem KoI-lektor-PN-Übergang, wo sie den Kollektor-Stromfluß beeinflussen.
Bei den bekannten bipolaren Transistoren ist die Durchgangszeit der injizierten Minoritätsladungsträger durch die Basiszone hindurch durch die Dicke der Basiszone bestimmt. Für schnell arbeitende bipolare Transistoren braucht man sehr dünne Basiszonen, was die Konstruktion dieser Transistoren erschwert.
Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Halbleiter-
3 4
bauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei keitsmodulation und anderen bei bipolaren Flächen-Zonen, von denen die erste Zone des einen ersten transistoren auftretenden Effekten.
Leitungstyps und die zweite Zone des entgegensetz- Ladungsträger-Speichereffekte werden bei dem ten, zweiten Leitungstyps einen pn-übergang bilden, Halbleiterbauelement nach der Erfindung infolge der der mittels einer zwischen der Elektrode an der 5 niedrigen Lebensdauer der Ladungsträger zu einem ersten Zone und der Elektrode an der zweiten Zone Minimum.
anliegenden Spannung in Durchlaßrichtung betrieben Das Halbleiterbauelement nach der Erfindung ar-
wird, so daß durch Ladungsträgerinjektion über die- beitet bei Temperaturen von nahe 0° K bis zu der
sen pn-übergang in dessen Nähe eine Rekombina- Temperatur, bei der das Halbleitermaterial eigenlei-
tionsstrahlung erzeugt wird, und von denen die dritte io tend wird. Die Eigenleitung tritt bei Galliumarsenid
Zone, in der die in der Nähe des pn-Übergangs zwi- bei mehreren 100° C ein.
sehen der ersten und der zweiten Zone erzeugte Re- Bei Galliumarsenid ist die Basiszone bereits ent-
kombinationsstrahlung absorbiert wird, an die zweite artet hochdotiert, wenn das die Basiszone bildende
Zone angrenzt. Ausgangs-Halbleiterplättchen mit einer Konzentra-
Ein solches Halbleiterbauelement ist aus der deut- i5 tion von 5 · 1017 Atomen (z. B. Te) pro ecm dotiert
sehen Auslegeschrift 1054 179 bekannt. Bei diesem ist. Eine entartete Basiszone würde für die bekann-
Halbleiterbauelement zum Verstärken und Schalten, ten bipolaren Flächentransistoren nicht brauchbar
bei dem von einer Rekombinationsstrahlung Ge- sein, da die Lebensdauer der Ladungsträger zu nied-
brauch gemacht wird, reicht jedoch die entstehende rig sein würde und da der Injektionswirkungsgrad
Rekombinationsstrahlung intensitätsmäßig nicht aus, 20 des Emitter-Basis-Übergangs zu niedrig werden
um größere Strecken im Halbleiterkörper wirksam zu würde,
durchdringen. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des
Es sind auch Transistoren mit einem aus Gallium- Halbleiterbauelements nach der Erfindung bedeckt
arsenid oder aus einer sonstigen halbleitenden inter- die erste Zone und Emitterzone die zweite Zone und
metallischen Verbindung bestehenden Halbleiter- 25 Basiszone nur teilweise stufenförmig, und die Emit-
körper bekannt. Bei diesen bekannten Transistoren terelektrode und die Basiselektrode bedecken die
wird aber von einer strahlenden Rekombination im freien Oberflächen ihrer Zonen und liegen der KoI-
Halbleiterkörper kein Gebrauch gemacht. lektorelektrode gegenüber, die auf der gegenüber-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein liegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers an Halbleiterbauelement mit einem Transistoraufbau so 30 der dritten Zone und Kollektorzone angebracht ist.
auszubilden, daß es schnell schaltet, jedoch die oben Die Erfindung ist nachstehend an Hand der scheangeführten Nachteile der bekannten bipolaren matischen Zeichnungen in einigen Ausführungsbei-Flächentransistoren und der bekannten Halbleiter- spielen von Halbleiterbauelementen näher erläutert, bauelemente, bei denen von einer Rekombinations- Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbstrahlung Gebrauch gemacht wird, vermeidet. 35 leiterbauelements nach der Erfindung mit seiner Be-
Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, besteht triebsschaltung;
darin, daß der Halbleiterkörper aus Galliumarsenid F i g. 2 zeigt eine Reihe von Strom (/C)-Spannungs-
oder aus einer anderen halbleitenden IH-V-Verbin- (Fc)-Kennlinien für ein Halbleiterbauelement nach
dung besteht, daß die zweite Zone des zweiten Lei- Fig. 1;
tungstyps entartet hoch dotiert ist, daß die dritte 40 F i g. 3 ist eine perspektivische Schnittdarstellung Zone den ersten Leitungstyp aufweist und mit der einer besonderen Gestaltung eines Halbleiterbauzweiten Zone des zweiten Leitungstyps einen pn- elements nach der Erfindung.
Übergang bildet, der mittels einer zwischen der Elek- In F i g. 1 ist mit 1 der Halbleiterkörper bezeich-
trode an der zweiten Zone und einer Elektrode an net, der eine erste Zone 2, eine zweite Zone 3 und
der dritten Zone anliegenden Spannung in Sperrich- 45 eine dritte Zone 4 enthält. Wie bei einem Transistor
tung betrieb wird, so daß die in der Nähe des pn- ist nachstehend die erste Zone 2 als Emitterzone, die
Übergangs zwischen der ersten und der zweiten Zone zweite Zone 3 als Basiszone und die dritte Zone 4 als
erzeugte Rekombinationsstrahlung an dem pn-Uber- Kollektorzone benannt.
gang zwischen der zweiten und der dritten Zone ab- Die Zonen 2 und 3 bestimmen einen PN-Uber-
sorbiert wird, und daß der Halbleiterkörper mit einer 50 gang 5, der in der Nähe der Stelle hegt, wo die Strah-
die Rekombinationsstrahlung reflektierenden Um- lun8 durch Rekombination injizierter Ladungsträger
mantelung versehen ist. entsteht. Die Zonen 3 und 4 definieren einen zweiten
Das Halbleiterbauelement nach der Erfindung läßt PN-Übergang 6 an jener Stelle, wo die Absorption somit ohne Nachteile große Dicken der zweiten Zone von Photonen und ihre Umwandlung in Ladungsund Basiszone zu. Diese Halbleiterbauelemente sind 55 träger stattfindet.
vor allem leicht herstellbar und auch aus mechani- Der Halbleiterkörper 1 enthält die Zonen 2, 3
sehen Gründen günstig. Hinzu kommt, daß bei dem und 4, welche aufeinanderfolgend einen abwechseln-
Halbleiterbauelement nach der Erfindung ent- den Leitfähigkeitstyp besitzen. Das Ausgangs-Halb-
stehende Rekombinationsstrahlung auf Grund der leiterplättchen hat z.B. eine Dicke von 0,15mm.
entartet hohen Dotierung der zweiten Zone und 60 Dieses Halbleiterplättchen soll z. B. N-Leitfähigkeit
Basiszone eines Halbleiterkörpers aus Galliumarse- aufweisen. Durch ein Verfahren, z. B. durch Diffu-
nid oder einer anderen halbleitenden III-V-Verbin- sion mit Zn, werden die Zonen 2 und 4 mit P-Leit-
dung und der reflektierenden Ummantelung des fähigkeit gebildet.
Halbleiterkörpers besonders stark ist und auch Da es möglich und praktisch ist, eine relativ dicke größere Basisdicken ohne ins Gewicht fallende Ab- 65 Basiszone, das ist die Zone 3 des Halbleiterbausorption zu durchdringen vermag, elements nach Fig. 1, zu haben, ist die Anbringung
Die Funktion des Halbleiterbauelements nach der von Kontaktelektroden an den Zonen ganz einfach.
Erfindung ist nicht beeinträchtigt durch Leitfähig- An den gegenüberliegenden Oberflächen des Halb-
leiterkörpers 1 sind ohmsche Kontaktelektroden 7 und 8 angebracht. Im Bedarfsfalle kann auch auf der Seitenfläche der Basiszone 3 eine ohmsche Kontaktelektrode 9 als Basiselektrode vorgesehen werden, um eine symmetrische Anordnung zu erhalten.
Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist jedoch die Basiselektrode 9 an einem Teil der Grundfläche der Basiszone 3 angebracht. Dies wird in einfacher Weise erreicht, wenn man einen Teil der Basiszone 2 durch Ätzen abträgt.
In Fig. 1 ist mit 10 eine veränderbare Spannungsquelle bezeichnet. Sie ist an die ohmschen Kontaktelektroden 7 und 9 angeschlossen. Im Ausgangsstromkreis liegt eine andere Stromquelle 11, die mit der Kollektorzone 4 und mit der Basiszone 3 über die Kontaktelektroden 8 bzw. 9 verbunden ist. Im Ausgangskreis liegt außerdem noch der übliche Lastwiderstand 12. Das Ausgangssignal kann in der herkömmlichen Weise am Lastwiderstand 12 abgenommen werden.
Die Pole der Spannungsquellen 10 und 11 sind so angelegt, daß der PN-Übergang 5 in Durchlaßrichtung und der PN-Übergang 6 in Sperrichtung beansprucht ist. Die Emission und die Ausbreitung der Photonen ist in der F i g. 1 durch einen Pfeil mit der Bezeichnung hv angedeutet. Den elektrischen Stromfluß in dem Halbleiterkörper 1 zeigen die Pfeile mit den Bezeichnungen lElN und IAUs-
Mit der Spannung in Durchlaßrichtung am PN-Übergang 5 findet beim Betrieb des Halbleiterbauelements nach Fig. 1 eine Injektion von Ladungsträgern statt. Infolge der Ladungsträgerinjektionen entsteht im Innern des aus Galliumarsenid bestehenden Halbleiterkörpers 1 in der Nähe des PN-Überganges 5 eine Rekombinationsstrahlung. Dieser Prozeß der Umwandung der injizierten Ladungsträger in Photonen ist äußerst wirksam und kommt einem Wirkungsgrad von 100% nahe.
Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, daß für die Transistorwirkung der bekannten bipolaren Flächentransistoren die Injektion von Ladungsträgern in die Basiszone maßgebend ist und daß daher die Ladungsträger des Leitungstyps, welche in der Basiszone Minoritätsladungsträger sind, den Hauptbeitrag zum Stromfluß von der Emitter- zu der Kollektorzone stellen.
Was man jedoch bei dem Halbleiterbauelement nach der Erfindung wünscht, ist eine hochwirksame Emission von Photonen. Es ist in erster Linie die Emission von Photonen, welche den Gesamtwirkungsgrad des Halbleiterbauelements nach der Erfindung bestimmt.
Man kann zur Zeit annehmen, daß die, z. B. in dem Halbleiterbauelement nach Fig. 1, auftretende Strahlungsemission der Tatsache zuzuschreiben ist, daß bei der Injektion von Elektronen von der N-leitenden Basiszone 3 zu der P-leitenden Emitterzone 2 und bei der Rekombination mit Defektelektronen in der P-leitenden Emitterzone 2 Photonen gebildet werden. Deshalb hat die Injektion vonMinoritätsladüngsträgern, die entgegengesetzt zu der bei den bekannten bipolaren Flächentransistoren gerichtet ist, Vorrang.
Die Photonen der Rekombinationsstrahlung, welche quer durch die relativ dicke Basiszone 3 (Dicke etwa 0,05 mm) wandern, werden beim Auftreffen· auf den in Sperrichtung beanspruchten PN-Übergang absorbiert und in Ladungsträger verwandelt. Infolge dieser Umwandlung fließt im Ausgangskreis ein Strom, wie durch den Pfeil mit der Angabe IAUS in der F i g. 1 angedeutet ist.
Im Galliumarsenid tritt eine Rekombinationsstrahlung mit einem hohen Wirkungsgrad auf, deren Frequenz einer Energie entspricht, die kleiner ist als die Bandlückenenergie, so daß die Rekombinationsstrahlung nicht wie erwartet durch das Galliumarsenid selbst stark absorbiert wird.
Aus den bekannten Untersuchungen der Rekombinationsstrahlung in den Halbleitermaterialien Germanium und Silicium hat sich ergeben, daß die Selbstabsorption die Abstände, in welchen merkliche Beträge der Rekombinationsstrahlung übertragen werden könnten, auf extrem kleine Werte beschränkt ist. Die Verwendung von Galliumarsenid ermöglicht jedoch die Übertragung sehr großer Beträge der Rekombinationsstrahlung über relativ große Abstände im Innern des Halbleiterkörpers.
So ist z. B. für eine 8400-Ä-Strahlung in einem Halbleiterkörper aus P-leitendem Galliumarsenid, das mit etwa 1O1S Atomen pro ecm dotiert ist, der Absorptions-Koeffizient etwa 100 cm"1, was eine merkliche Übertragung bis zu Abständen von etwa 0,1 mm gestattet. In gleicher Weise sind hohe Wirkungsgrade bei der Erzeugung und Übertragung in anderen halbleitenden III-V-Verbindung erreichbar. In Fig. 2 ist eine Schar /(.-J^-Kennlinien von in Basisschaltung betriebenen Halbleiterbauelementen dargestellt, die auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffes gehalten worden waren. Es sei bemerkt, daß der Koordinaten-Ursprung leicht nach links von der weitesten Ausdehnung nach rechts von einigen dieser Kurven verschoben ist.
Der Emittereingangsstrom ist als Parameter in Stufen von 10 Milliampere variiert. Der horizontale Maßstab ist 1 Volt pro Teilstrich, und der vertikale Maßstab ist ein Milliampere pro Teilstrich. Danach ist ein typischer Wert für den Stromverstärkungsfaktor etwa 0,2. Dieser Wert ist für Vc — 6 Volt realisiert, wobei die Änderung von Ic nach der Kurve in F i g. 2 etwa 2 Milliampere für eine Änderung von Ie von 10 Milliampere ist. Danach gilt
die
,τ =0,2 = α.
di
Die Größe α ist der bei Transistoren bekannte Stromverstärkungsfaktor. Es ist hier aber vorzuziehen eine neue Größe N0 für den Gesamtwirkungsgrad des Halbleiterbauelements nach der Erfindung in Betracht zu ziehen. Der Wert N0 ist vom Produkt der drei getrennten Wirkungsgrade N1, N2 und N3 abhängig. Man kann daher schreiben:
= N1-N2-N3,
wobei N1 der Wirkungsgrad der Rekombinationsstrahlung in bezug auf die Ladungsträgerinjektion ist und wobei N2 der Wirkungsgrad des Transports der Photonen ist und wobei schließlich N3 der Wirkungs- ; grad der Absorption der Photonen und der Umwandlung in Kollektorstrom am Kollektor-PN-Übergang ist. Für den Gesamtwirkungsgrad N0 können Werte in der Größenordnung von 20 % leicht erreicht wer- : den. Dieser Wert des Wirkungsgrades entspricht dem Wert des Strömverstärkungsfaktors α, auf den oben hingewiesen wurde.
ν Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte geometrische Gestaltung des Halbleiterbauelements nach der Erfindung.
Damit man die in Pig. 3. dargestellte Gestaltung erhält, werden die'·gleichen Ähf angsverf ahrensschritte bei der Herstellung des Halbleiterbauelements nach der Fig. 1 angewandt. Ein'monbkris'tajiines 1HaIbleiterplättehen, z1. B. vom N-Leitfähigkeitstyp, wird einem piffüsiönsvorgängausgesetzt, damit sich der Leitfähigkeitstyp einer Oberflächenschicht des HaIbleiterplättcheris in den P-Deitfähigkeitstyp umwandelt.
Nach demEntferneh der P-lejitenderi Oberflächenschicht auf■·' drei Seiten des Hälbleiterplättchens durch ίο Ätzen und Läppen ist die Dicke des N-leitenden Ausgangshalbleiterplättchehs reduziert und ein Halbleiterkörper "20 gewönnet, wie ihn die Fig. 3 zeigt. Der Halbleiterkörper 20 enthält als Zone 21 das bereits erwähnte P-leitende Material der Oberflächenschicht und die dünne Schicht 22; aus N-leitendem Ausgangsmaterial. An der Grenzfläche der Zone 21 und der Schicht 22 besteht ein PN-Übergang 23.
Jetzt wird eine Rinne 24 in die obere Oberfläche des Halbleiterkörpers 20 bis zu dem PN-Übergang 23 eingeätzt, um getrennte konzentrische Zonen zu erzeugen, welche die Emitterzone 25 und die Kollektorzone 26 beim fertigen Halbleiterbauelement bilden.
An der Zone 21, der Basiszone des fertigen Halbleiterbauelements, wird die Basiselektrode 27 in der üblichen Weise, z. B. durch Schweißen oder Legieren, befestigt. An der Emitter- und an der Kollektorzone sind die Kontaktelektroden 28 bzw. 29 vorgesehen. Im Bedarfsfalle kann die eingeätzte Rille 24 mit einem Material zur Oberflächen-Passivierung ausgefüllt werden.
Eine reflektierende Schicht 30 ummantelt den Halbleiterkörper 20, so daß die Rekombinationsstrahlung besser im Halbleiterkörper 20 bleibt. Der Halbleiterkörper 20 kann mit einer Metallschicht bedeckt werden, wobei man ein Kurzschließen des PN-Übergangs 23 vermeiden muß. In F i g. 3 ist deshalb eine Lücke in der reflektierenden Schicht 30 neben dem PN-Übergang 23 vorgesehen.
Als Ausweg kann der gesamte Halbleiterkörper 20, welcher den PN-Übergang 23 enthält, anfänglich mit einer Isolatorschicht bedeckt werden, welche einen an ihn angepaßten Brechungsindex hat. Dann kann die reflektierende Metallschicht 30 auf die Isolatorschicht aufgetragen werden.
Die Funktion des Halbleiterbauelements nach F i g. 3 ist im wesentlichen dieselbe wie die des Halbleiterbauelements nach Fig. 1. Jedoch ergibt die konzentrische Anordnung von Emitter- und von Kollektorzone und deren Bildung aus einer Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers offensichtliche Vorteile. Derartige Planarbauformen sind äußerst nützlich für die Verwendung in integrierten Halbleiterschaltungen. Diese gestatten eine sehr große Vereinfachung und Erleichterung bei der Herstellung der elektrischen Verbindungen, und der Aufbau ist kompakt
Es sei bemerkt, daß für den Emitter-Basis-Ubergang und den von ihm räumich getrennten Kollektor-Basis-Übergang identische Verhältnisse geschaffen sind, da nur ein Diffusionsschritt für die Herstellung der beiden PN-Übergänge notwendig ist und außerdem die Diffusion auf derselben Oberfläche des Halbleiterkörpers stattfindet.
Die Ausführungsform des Halbleiterbauelements nach F i g. 3 hat zusätzlich die einzige Eigenart, daß eine relativ breite Basiszone, welche die Masse des gesamten Halbleiterkörpers- ausmacht, verwendet werden kann.
Die durch die injektio.n von Ladungsträgern in der Nähe des Emitter-Basis-Ubergangs erzeugte Photonenstrahlung ist in der Zeichnung durch das Symbol hv bezeichnet. Für diese Strahlung sind in Fig. 3 mehrere Pfade gezeigt Die Öb'ete'ri'Pfade sind direkt gerichtete Pfade, welche vonf dein strahlungsemittie1 renden PN-Übergäng direkt zum strählungsabsorbierenden PN-Übergang verlaufet -Die. unteren Pfade verlaufen indirekt, d.h. über eine Reflexion an der Basiselektrode 27. : '■'■'' r
Die bei Versuchsmustern desWalblei'terbauelements nach der Erfindung gemessenen■ Ansprechzeiten sind kürzer als 5 Kanosekuriden.' Diese Zeiten können bei der Beurteilung der PN-Übefgängs-Kapazität zugrunde gelegt werden. Jedoch'sind'die Grenzen der Ansprechzeiten nicht bekannt. Einige der Versuchsmuster hatten PN-Übergangskapazitäten von weniger als 20 Mikromikrofarad, gemessen bei Verwendung eines Lastwiderstandes von 50 Ohm.
Die nachstehende Tabelle liefert eine Anzahl typischer Werte für die verschiedenen Parameter des Halbleiterbauelements nach der Erfindung. Diese Werte sind Punkten von I-V-Kennlinien, sowohl Eingangskurven als auch Ausgangskurven, entnommen. Es ist offensichtlich, daß eine bedeutsame Leistungsverstärkung PG realisiert wird. In der Tabelle sind der Kollektorstrom lc in Milliampere, der Emitterstrom le in Milliampere und die Kollektorspannung V1. in Volt angegeben.
Stromverstärkungsfaktor α
- 7 - 2 0 + 1
Vc
3,8 0,175 0,1 0,085 0,08
2 0,16 0,095 0,080 0,07
0,2 0,137 0,08 0,075 0,055
0,02 0,113 0,064 0,050 0,026
1C 40 α a- pa
3,8 20 0,1 10-10-3 30
2 2 0,095 5-10-3 40
0,2 0,1 0,08 6,4-10-3 64
0,02 0,064 4-10-3 20
Eine Erhöhung der Leistungsverstärkung P0 über die Werte der Tabelle läßt sich realisieren durch Anwendung folgender Maßnahmen:
1. Verwendung von stärker reflektierenden
Schichten;
2. stärkeres Wegätzen von absorbierenden Gebieten und
3. durch Verkleinerung der Basiszone.
In den Versuchen ist bei Zimmertemperatur ein Stromverstärkungsfaktor von 0,02 und eine Leistungsverstärkung von über eins erzielt worden. Es ist verständlich, daß bei Annäherung an die Zimmertemperatur die Ausgangsimpedanzen hoch werden.
Die Funktion des Halbleiterbauelements nach der Erfindung ist nicht beeinträchtigt durch Leitfähigkeitsmodulation und anderen bei bipolaren Flächentransistoren auftretenden Effekten.
409 540/88
Ladungsträger-Speichereffekte werden bei dem Halbleiterbauelement nach der Erfindung infolge der niedrigen Lebensdauer der Ladungsträger zu einem Minimum.
Das Halbleiterbauelement nach der Erfindung arbeitet bei Temperaturen von nahe 0° K bis zu der Temperatur, bei der das Halbleitermaterial eigenleitend wird. Die Eigenleitung tritt bei Galliumarsenid bei mehreren 100° C ein.
Bei Galliumarsenid ist die Basiszone bereits entartet hochdotiert, wenn das die Basiszone bildende Ausgangs-Halbleiterplättchen mit einer Konzentration von 5 -1O17 Atomen (z.B. Te) pro ecm dotiert ist. Eine entartete Basiszone würde für die bekannten bipolaren Flächentransistoren nicht brauchbar sein, da die Lebensdauer der Ladungsträger zu niedrig sein
10
würde und da der Injektionswirkungsgrad des Emitter-Basis-Übergangs zu niedrig werden würde.
Die P-leitenden Zonen im Halbleiterkörper des Halbleiterbauelements nach der Erfindung sind in einfacher Weise durch Zn-Diffusion zu bilden. Diese Diffusion wird meist bei einer OberflächenkonzentraT tion von 1020 Atomen pro ecm und bei einer Temperatur von 850° C durchgeführt. Es kann aber auch ein Legierungsverfahren verwendet werden, um die
ίο erforderlichen PN-Übergänge im Halbleiterkörper zu bilden.
Mehrere Versuchsmuster des Halbleiterbauelements nach der Erfindung sind nach Legierungsverfahren hergestellt worden. Dabei wurden der schaltungSr emittierende und der Strahlungsabsorbierende pnübergang wie Tunneldioden hergestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei Zonen, von denen die erste Zone des einen, ersten Leitungstyps und die zweite Zone des entgegengesetzten, zweiten Leitungstyps einen pn-übergang bilden, der mittels einer zwischen der Elektrode an der ersten Zone und der Elektrode an der zweiten Zone anliegenden Spannung in Durchlaßrichtung betrieben wird, so daß durch Ladungsträgerinjektion über diesen pnübergang in dessen Nähe eine Rekombinationsstrahlung erzeugt wird, und von denen die dritte Zone, in der die in der Nähe des pn-übergang zwischen der ersten und der zweiten Zone erzeugte Rekombinationsstrahlung absorbiert wird, an die zweite Zone angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Galliumarsenid oder aus einer anderen halbleitenden III-V-Verbindung besteht, daß die zweite Zone (3, 21) des zweiten Leitungstyps (N) entartet hoch dotiert ist, daß die dritte Zone (4) den ersten Leitungstyp (F) aufweist und mit der zweiten Zone (3) des zweiten Leitungstyps (N) einen pn-übergang (6) bildet, der mittels einer zwischen der Elektrode (9) an der zweiten Zone (3) und einer Elektrode (8) an der dritten Zone (4) anliegenden Spannung in Sperrichtung betrieben wird, so daß die in der Nähe des pn-Übergangs (5) zwischen der ersten (2) und der zweiten (3) Zone erzeugte Rekombinationsstrahlung an dem pn-übergang (6) zwischen der zweiten (3) und dritten (4) Zone absorbiert wird, und daß der Halbleiterkörper mit einer die Rekombinationsstrahlung reflektierenden Ummantelung (30) versehen ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenschicht (22, 25, 26) vom zweiten Leitfähigkeitstyp (N) durch Eingraben einer ringförmigen Rinne (24), die in ihrer Tiefe bis zu der darunterliegenden Halbleiterzone (21) vom ersten Leitfähigkeitstyp (P) reicht, in zwei Teile (25, 26) aufgeteilt ist, von denen der eine Teil (25) als Emitterzone und der andere Teil (25) als Emitterzone und der andere Teil (26) als Kollektorzone dient.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone und Emitterzone (2) die zweite Zone und Basiszone (3) nur teilweise stufenförmig bedeckt und daß Emitterelektrode (7) und die Basiselektrode (9) die freien Oberflächen ihrer Zonen (2, 3) bedekken und der Kollektorelektrode (8) gegenüberliegen, die auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers an der dritten Zone und Kollektorzone (4) angebracht ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (3, 21) relativ zur Emitterzone (2, 25) und relativ zur Kollektorzone (4, 26) dick ist.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (24) durch ein isolierendes Material ausgefüllt ist.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Außenfläche des Halbleiterkörpers liegende Teil der Basiszone (21) durch einen spiegelnden Belag (30) abgeschlossen ist, deren spiegelnde Seite dem Halbleiterkörperinneren zugewandt ist.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelnde Ummantelung (30) des Halbleiterkörpers den Halbleiterkörper bis auf die Stellen bedeckt, an denen der PN-Übergang (23) an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter der spiegelnden Ummantelung (30) eine isolierende Schicht mit an den Halbleiterkörper angepaßtem Brechungsindex liegt.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Galliumarsenid-Halbleiterkörper eine P-leitende Zone als Basiszone mit 1018 Atomen pro cm3 dotiert ist.
DE1464715A 1962-11-14 1963-11-21 Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps Expired DE1464715C3 (de)

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US244682A US3278814A (en) 1962-12-14 1962-12-14 High-gain photon-coupled semiconductor device
US246794A US3229104A (en) 1962-12-24 1962-12-24 Four terminal electro-optical semiconductor device using light coupling

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DE1464715A1 DE1464715A1 (de) 1968-11-14
DE1464715B2 DE1464715B2 (de) 1974-10-03
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CH435476A (de) 1967-05-15
CH427066A (de) 1966-12-31
DE1464720A1 (de) 1968-11-07
CA928432A (en) 1973-06-12
GB1010142A (en) 1965-11-17
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