DE2364752A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung

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DE2364752A1
DE2364752A1 DE19732364752 DE2364752A DE2364752A1 DE 2364752 A1 DE2364752 A1 DE 2364752A1 DE 19732364752 DE19732364752 DE 19732364752 DE 2364752 A DE2364752 A DE 2364752A DE 2364752 A1 DE2364752 A1 DE 2364752A1
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Tadaharu Tsuyuki
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Description

HALBIEITERVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit mehreren Halbleiterubergängen und hoher Stromverstärkung.
Es ist bisher üblich gewesen Transistoren mit einem hoch dotiertem Emitterbereich herzustellen. Es ist auch bereits -ein Transistor für Hochfrequenz-Betrieb bekannt, der eine geringe Verunreinigungskonzentration im Emitter-, Basislind Kollektorbereich aufweist. Ein Beispiel dafür ist in der US-PS 3 591 4j5O beschrieben. In dieser Vorveröffentliehung wird außerdem vorgeschlagen einen wesentlichen Teil des Emitterbereichs mit einem Bereich hoher Verunreinigungskonzentration und ebenso den Kollektorbereich mit einem zweiten Bereich hoher Verunreinigungskonzentration zu überdecken. In der■genannten US-Patentschrift ist Jedoch nidit erläutert,'daß die Diffusionslänge oder Diffusionstiefe der Minoritätsträger größer sein muß als. die Breite bzw. Weite des Emitterbereichs,noch ist dort ausgeführt, daß die durch das eingebaute Feld reflektierten Minoritätsträger den injizierten Minoritätsträger-Diffusionsstrom im wesentlichen ausgleichen sollen der von der Basis durch den Emitter fließt.
409831/0726
Die amerikanische Patentschrift lehrt auch nicht, wie das endgültige Profil oder die Verteilung der Verunreinigungskonzentration beschaffen sein soll, noch ist gesagt, Vielehe Breite bzw. Weite die Basis oder der Emitter aufweisen sollen. Es wird auch nichts über die Bedingungen für das epitaxiale Wachstum (beispielsweise Temperatur oder Niederschlagsmengen und Geschwindigkeiten) ausgeführt. Es ist lediglich etwas über die Vordiffusionsbedingung erwähnt, woraus sich jedoch kein Rückschluß und kein Bild über den endgültigen Aufbau gewinnen läßt.
Bei der Herstellung herkömmlicher Bipolar-Transistoren ist es bisher zur Ausbildung des Emitter-Basisübergangs üblich gewesen, eine Doppeldiffusionstechnik anzuwenden. Vom theoretischen Standpunkt aus, als auch" aufgrund von Versuchen, wird die Dotierungskonzentration für den Emitter höher gewählt als für die Basis. Wird diese Differenz größer, so wird auch die Emitterwirksamkeit oder der Eraitterwirkungsgrad größer und nähert sich mehr und mehr dem Wert Eins. Eine Höherdotierung jedoch vergrößert die Gitterdefekte und Versetzungen im Halbleitersubstrat. Als Folge einer starken Dotierung sinkt die Diffusionslänge der Minoritätsträger im dotierten Bereich ab. Eine Erniedrigung der Dotierung, entsprechend den früher bekannten Ausführungformen von Transistoren, führt andererseits zu einem Absinken des Verä&rkungsgrads.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich ihrer charakteristischen Kennwerte wesentlich verbesserte Halbleitervorrichtung zu schaffen, die sieh vor allem durch einen ganz wesentlich erhöhten Stromverstärkungsfaktor bei stark verbesserten Rauschkennwerten auszeichnet. Es ist dabei vor allem an eine Halbleitervor-
409831/.0726 - 3 ~
richtung mit Mehrfachübergängen gedacht, die bei geringen, thermisch bedingten Kennwertabweichungen gleichzeitig eine hohe Durchbruchspannung aufweist. Schließlich soll es das Ziel der Erfindung sein, die zu schaffende Halbleitervorrichtung so auszulegen, daß die Herstellung und der Einsatz als integrierter Schaltkreis zusammen mit herkömmlichen Transistoren, einschließlich der Komplementär-Transistoren, in Frage kommt.
Für. diese technische Aufgabe werden mit der Erfindung Lösungen bereitgestellt, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen in einer Lehre zum technischen Handeln niedergelegt sind.
Speziell bezieht sich die Erfindung damit auf eine Halbleitervorrichtung mit mehreren Übergängen, wie sie beispielsweise bei einem bipolaren Transistor oder einem Thyristor vorgesehen sind und betrifft dabei insbesondere eine derartige Vorrichtung mit geringer Verunreinigungskonzentration im Emitterbereich und mit einer wirksamen Minoritätsträgerdiffusionslänge, die wesentlich größer ist als die Breite des Emitterbereichs. Für diese Kombination wird dann ein eingebautes Feld vorgesehen, das bewirkt, daß der Verlauf der injizierten Minoritätsträgerkonzentration über den Emitter im wesentlichen flach ist. Damit wird erreicht, daß der durch das eingebaute Feld erzeugte Driftstrom den vom Basisbereich injizierten Minoritätsträger-Diffusionsstrom im wesentlichen ausgleicht. Weiterhin wird die Verunreinigungskonzentration des Kollektorbereichs niedrig gewählt, um eine hohe Durchbruchspannung zu gewährleisten.
Für herkömmliche Transistoren wird angenommen, daß die Minoritätsträger-Diffusionslänge in der Größenordnung von 1-2 Mikron liegt. Für die Halbleitervorrichtung
be
mit Mehrfachübergängen nach der Erfindung dagegen trägt
die Minoritätsträger-Diffusionslänge 50 - 100 Mikron.
409 831/07 2.6
Der Stromverstärkungsfaktor eines herkömmlichen Transistors liegt üblicherweise bei etwa 50Oj während sich mit der Halbleitervorrichtung nach der Erfindung Werte von 3·000 oder mehr erreichen lassen. Dadurch, daß im Emitter ein Übergang zwischen gering und stark dotierten Bereichen vom selben Verunreinigungstyp vorgesehen wird, läßt sich ein Driftstrom erreichen, der den Minoritätsträger-Diffusionsstrom im wesentlichen ausgleicht.
In Präzisierung der bereits erwähnten Aufgabenstellung läßt sich daher folgendes feststellen: Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergängen, die einen hohen hp^-Wert (Emitter-(Masse-) Stromverstärkungsfaktor) bei geringem Rauschkennwert aufweist. Diese Halbleitervorrichtung soll eine geringe Verunreinigungskonzentration im Emitterbereich und eine Minoritätsträger-Diffusionslänge aufweisen, die wesentlich größer ist als die Breite des Emitters und bei der sich nur eine geringe Rekombinationsgeschwindigkeit und ein gutes Kristallgitter feststellen lassen.
Die Erfindung ist im Folgenden in beispielsweisen Ausführungsformen anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische--Teilschnittansicht eines NPN-Transistors mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig.2 'ein beispielsweises Verunreinigungsprofil für die Halbleitervorrichtung nach Figur 1 sowie die Darstellung der Minoritätsträgerkonzentration im Emitterbereich;
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Fig. 3 eine Teilschn.ittansicht eines integrierten Schaltkreis-Chips, das einen NPN-Transistor mit erfindungsgemäßem Merkmal und zusätzlich einen herkömmlichen PNP-Transistor aufweist, die im integrierten Schaltkreis-Chip ein Transistor-Komplementärpaar bildenj
Fig, 4 die graphische Darstellung der Emitter-Massestromverstärkung (h„E) als Funktion des Kollektorstroms;
Fig. 5 die graphische Darstellung des Rauschfaktors als Funktion der Frequenz bei einer Eingangsimpedanz von .1 000 Ohm;
Fig. 6 die graphische Darstellung des Rauschfaktors als Funktion der Frequenz bei einer Eingangsimpedanz von 30 Ohm und
Fig. 7 die graphische Darstellung von Rauschfaktor-Kennlinien als Funktion des Kollektorstroms.
Als Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zunächst anhand von Fig. 1 ein NPNrTransistor erläutert. Bezugszeichen 1 kennzeichnet ein mit Verunreinigungen vom N-Typ stark dotiertes Substrat 1 speziell ein mit Antimon stark dotiertes Silicium-Substrat. Die Dotierungskonzentration liegt vorzugsweise bei 4 χ 10 em~ . Dies ergibt einen spezifischen Widerstand von etwa 0,01 -TLcrn. Es wurde ermittelt, daß diese Dotierung zwischen 0,008 und 0,012Acm schwanken kann. Die Dicke des Substrats liegt vorzugsweise bei etwa 250 Mikron.
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Auf dem Substrat 1 wird eine zusammen mit dem N+ Substrat 1 als Kollektor zu verwendende Silicium-Epitaxialschicht 2 vom N~Typ ausgebildet. Diese Epitaxialschicht 2 ist relativ gering mit Antimon dotiert, ausreichend um eine Dotierungs-
14 -~5
konzentration von 7 x 10 cm zu erhalten. Der spezifische Widerstand liegt bei etwa 8 - 10xLcm. Die Epitaxialschicht ist vorzugsweise etwa 20 Mikron dick.
Zur Erzeugung einer aktiven Basis für den Transistor wird dann auf der N -Schicht 2 eine P~- Silicium-Epitaxialschicht 3 ausgebildet. Zur Dotierung kann Bor in solcher Menge eingesetzt werden, daß sich
16 -"5 eine Dotierungskonzentration von 1 χ 10 cm ^ ergibt.
Der spezifische Widerstand beträgt 1,5.O.cm. Die Dicke der Schicht J5 liegt bei etwa 5 Mikron. ·
Zur Erzeugung eines Emitters wird dan auf der P~-Schicht eine Silicium-Epitaxialschicht 4 vom N-Typ ausgebildet.
Die Schicht 4 ist relativ gering mit Antimon dotiert,
ic wobei die Dotierungskonzentration bei etwa 5*5 x 10 cm
liegt. Der spezifische Widerstand beträgt etwa 1 Χ*- cm. Die Dicke der Schicht 4 liegt bei etwa 2-5 Mikron.
Anschließend wird eine Diffusionsschicht 5 vom N+-Typ unter starker Dotierung mit Phosphor erzeugt. Diese Diffusionsschicht hat eine Fläehendotierungskonzen-
20 -3
tration von annähernd 10 cm und eine Dicke von ungefähr 1,0 Mikron«,
Eine stark mit Phosphor dotierte N-Typ Diffusionsschicht umgibt den soweit beschriebenen NPN-Transistor.
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Die Dotierung beträgt etwa 3 χ 10 °cm"' als Ober-* flachenkonzentration. Diese Dotierung dringt durch die P"Schicht 3 in die N.ischicht 2 bis der N*Bereich des Substrats erreicht ist. Sie umgibt damit den Basisbereich 3.
Als leitende Verbindung zum. Basisbereich 3 wird ein Bereich 7 mit P-Typ Diffusion vorgesehen. Der Bereich ist mit Bor und einer Konzentration von etwa 3 χ 10 ^cm ^ an der Oberfläche dotiert.Der diffundierte Bereich 7 dringt durch die N""-Schicht 4 in die P"-Basis Schicht 3, die den Emitterbereich 4 begrenzt und umgibt.
Ein diffundierter P-Bereich 8 bildet den Basiskontaktbereich und besteht aus einem stark Bor-dotierten Bereich. Die Dotierungskonzentration an der Oberfläche beträgt
18 -"5
etwa 5 x 10 cm .
An der unteren Oberfläche des Substrats 1 wird eine Kollektorelektrode 9 aus Aluminium ausgebildet. Auf dem Basiskontaktbereich 8 wird eine Basiselektrode aus Aluminium aufgebracht. Auf dem stark dotierten Emitterbereich 5 wird eine Emitterelektrode 11 aus Aluminium ausgebildet.
Zur Passivierung wird die obere Oberfläche der Vorrichtung durch eine Siliciumdioxydschicht 67 abgedeckte ·
Als Ergebnis des soweit beschriebenen Aufbaus zeigt sich, daß die N.^Schicht 2 und die p" Schicht 3 eia-.i Kollektor-Basisübergang 12 bilden. Die P~ Schicht 3 und die N^Sehicht 4 bilden einen Emitter-Basisübergang 13, während zwischen der :i\Tschicht 4 und der N+-Schieht 5 ein L-H-Übergang 14 vom gleichen Ver-
- 8 409831/Q72G
unreinigungstyp entsteht. (Es sei .-vermerkt, daß der Ausdruck L-H den Übergang zwischen zwei aufeinanderstoßenden Bereichen vom gleichen Verunreinigungstyp kennzeichnet, von" denen einer ^Leicht und der ander hoch dotiert ist). Die Breite oder Weite w„ zwischen dem Emitter-Basisübergang 15 und dem L-H-Übergang 14 beträgt etwa 6 Mikron.
Fig. 2 veranschaulicht das Verunreinigungsprofil und die Minaltätsträgerkonzentration im Emitter der soweit beschriebenen Halbleitervorrichtung. Der obere Teil der Fig. 2 veranschaulicht die relative Position von Emitter, Basis und Kollektor. Der mittlere Teil des Diagramms zeigt die Verunreinigungskonzentration in Atomen pro Kubikeentimeter, gemessen von der (entsprechend gekennzeichneten) äußeren Oberfläche bis zum Substratbereich 1. Der unter Teil der Figur verdeutlicht den relativen Anteil der Minoritätsträgerkonzentration in verschiedenen Bereichen, beginnend mit dem N+-Bereich 5 über den Emitterbereich 4. Wenn die Minoritätsträger-Diffusionslänge geringer ist als die Breite des Emitters (Wg), so ergibt sich das durch die strichpunktierte Linie (a) xfiedergegebene Minoritätsträgerprofil. Ist ein eingebautes Feld vorhanden, das jedoch - wie weiter unten erläutert wird nicht ausreichend stark ist, so ergibt sich .ein Minoritätsträger-Kon.zentrationsverlauf wie er durch die gebrochene Linie (b) wiedergegeben ist.
Eine Halbleitervorrichtung mit diesem Aufbau läßt einen hohen h^-Wert bei niedrigem Rauschen erwarten. Um die Gründe für dieses Ergebnis zu erläutern, sei erwähnt, daß die Emitter-Stromverstärkung (\Ε) einer der wesentlichen Parameter des Transistors ist.
- 9 409831/0 72 6
Dieser Parameter wird im allgemeinen definiert zu:
worin α die Basis — Stromverstärkung bezeichnet (bei Bezug der Basis auf Masse). Die Stromverstärkung α ergibt sich zu:
α = α*· ß«V (2.)
worin mit α* das Kollektormultiplikationsverhältnis, mit β ein Basis-Transportfaktor, mitV der Emissionswirkungsgrad Emitters (Emitterwirkungsgrad) bezeichnet sind.
Für einen NPN-Transistor beispielsweise ergibt sich der Emitterwirkungsgrad V zu:
Jn + Jp - 1 + Jp/Jn
worin mit Jn die Elektronenstromdichte bezeichnet ist, die sich aufgrund der vom Emitter durch den Emitter-Basisübergang in die Basis injizierten Elektronen ergibt und Jp eine Löcherstromdichte kennzeichnet, die sich aufgrund von in umgekehrter Richtung von der Basis über den gleichen Übergang zum Emitter injizierten Löchern ergibt.
Die Elektronenstromdichte Jn ist gegeben zu:
qv
Jn «, q'jgg'np (eW-1) (4)
Die Lochstromdichte Jp ist gegeben zu:
Jp= Jl^Pn.(eW e1
409831/0726 _ 1Λ _
ü.arin ist mit Ln die Elektronen-Diffusionslänge in der P-Typ-Basis, mit Lp die Löcherdiffusionslänge im N-Typ Emitterfmit Dn die Elektronendiffusionskonstante, mit Dp die Löcherdiffusionskonstante, mit Np die Minoritäts-Elektronenkonzentration in der P-Typ-Basis im Gleichgewichtszustand, mit Pn die Minoritäts-Löcherkonzentration im N-Typ Emitter im Gleichgewichtszustand, mit ν die zwischen dem Emitter-Bas isübergang angelegte bzw. anstehende Spannung, mit T die Temperatur, mit q die Ladung eines Elektrons und mit k die Boltzmann-Konstante bezeichnet.
Ein Wert <f als das Verhältnis von Jp und Jn läßt sich dann angeben:
Jn Lp Dn np K '
Außerdem läßt sich dieses Verhältnis darstellen als?
_DP t NA
D.amit läßt sich das angegebene Verhältnis ersetzen durch:
Pn
np
worin mit N. die Verunreinigungskonzentration des Basis bereichs, mit ND die Verunreinigungskonzentration des Emitterbereichs und mit W die Basisbreite oder-Weite be zeichnet ist, die die Elektronen^diffusionslänge Ln im Basisbereich begrenzt.
409831/0726 -11-
Die Trägerdiffusionskonstanten Dn und Dp sind Funktionen einer Trägerbeweglichkeit und der Temperatur und können als im wesentlichen konstant angenommen werden«
Bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist der leicht dotierte Emitter K zwischen dem Emitter-Basisübergang 13 und dem L-H-Übergang 14 ausgebildet, so daß der Wert Lp sehr groß wird. Unter der Voraussetzung, daß der leicht dotierte Emitter 4 beispielsweise eine
1S -"5 Verunreinigungskonzentration von 5>5 x 10 ^cm ^ aufweist und die erzeugte Epitaxialschicht in gutem Gitterzustand vorliegt, wird der Wert für Lp etwa 50-100 Mikron.
Bei einem herkömmlichen Transistor dagegen würde sich wegen der Rekombination unter der Emitteroberfläche lediglich eine Minoritätsträger-Diffusionslänge im Emitter ergeben, die gleich oder geringer wäre als die BreiteWE des Emitterbereichs. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung wird also darin gesehen, daß die Minoritätsträger-Diffusionslänge des Emitters größer ist als die Breite oder Weite W„ zwischen dem Emitter-Basisübergang und dem L-H-Übergang im gering dotierten Emitter.
Als weiteren wichtigen Faktor der Erfindung ist zu erwähnen, daß der L-H-Übergang14 im gering dotierten Emitter A liegt. Dieser L-H-Übergang 14 bildet im Emitter ein sogenanntes "eingebautes Feld", das in solcher Richtung wirkt, daß der Löcherstrom vom Emitter-Basisübergang 13 gegen diesen Übergang 1j5 reflektiert wird.
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Ist das eingebaute Feld des L-H-#bergangs groß genug, so wird der "Diffusionsstrom der Löcher kompensiert und wird annähernd gleich dem Driftstrom der Löcher durch das Feld im gering-dotierten Emitter 4. Diese Kompensation bewirkt ein Absinken des Löcherstroms Jp, der von der Basis durch den Emitter-Basisübergang in den niedrig-dotierten Emitter 4 injiziert wird.
Beim Gegenstand der Erfindung verändert das "eingebaute Feld" die Gleichung (5) wie folgt:
W WE
n W J'p = q. Dp.^S. . (e1^ -1) . tanh
(dabei gilt die Bedingung Lp»W£)
· (eW -1) (8)
Da die Potentialdifferenz 0 des eingebauten Felds groß ist und,e^)> 1 gilt, (beispielsweise g = 10; 0 = 0,2 Volt)
wE
und weiterhin durch das große Lp der Wert" -^ sehr klein wird.
ergibt sich als Ergebnis, daß J1 ρ annähernd zu Null wird.
Das Absinken von Jp bewirkt, daß der Wert γ» gemäß Gleichung (>) annähernd Eins wird, während der Wert α entsprechend Gleichung (2) groß und der Wert hpE entsprechend Gleichung (1) ebenfalls sehr groß wird.
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Die sehr niedrigen Rausehkennwerte lassen sich wie folgt erklären: Der Gitterdefekt oder die Versetzung ' wird stark herabgesetzt, da der Emitter-Basisübergang durch einen gering-dotierten Emitter 4 und eine ebenfalls gering-dotierte Basis 3 gebildet sind. Die Verunreinigungskonzentration des gering-dotierten Emitters sollte unter Berücksichtigung der Rauschkennwerte, der Lebensdauer T" und der Minoritätsträger -Diffusionslänge Lp auf einen ungefähren Wert begrenzt werden, der geringer ist als 10 cm .
Ein anderer Paktor, der zu einem geringen Rauschpegel führt, ist darin zu finden , daß der Emitterstrom im niedrig-dotierten Emitter 4 und in der ebenfalls niedrigdotierten Basis 3 im wesentlichen in vertikaler Richtung fließt.
Der L-H-Ubergang ist, wie erwähnt,zwischen den niedrigdotierten und stark-dotierten Bereichen vom selben Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Der L-H-Übergang ist für Minoritätsträger weitgehend undurchdringbar, nicht jedoch für die Majoritätsträger.
Die hohe Emitter-Stromverstärkung (hpE) ist in Figur 4 dargestellt. Der Unterschied zwischen den Kurven 15 und ergibt sich lediglieh aus einer unterschiedlichen Planaranordnung. Beide Kurven jedoch verdeutlichen einen sehr hohen Emitter-Stromverstärkungfaktor (Emitter auf Masse bezogen). Die Linie 17 in Figur 5 verdeutlicht, das Rauschverhalten als Funktion der Frequenz für die in Figur 1 veranschaulichte Halbleitervorrichtung. Die Linie 18 dagegen (ebenfalls Figur 5) zeigt die Rauschkennwerte für eine herkömmliche Halbleitervorrichtung mit den niedrigsten bekannten Rauschwerten. Die Linien 19 und 20 in Figur 6 zeigen eine der Figur 5 vergleichbare
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Darstellung, jedoch bei unterschiedlicher Eingangsimpedanz.
Figur 7 zeigt ein Rauschwertdiagramm, wobei die Linie sich auf eine bekannte, gute Halbleitervorrichtung bezieht, im Vergleich zu einer Rauschkennlinie 22 beim Gegenstand der Erfindung, beispielsweise nach der Ausführungsform gem. Figur 1. Die Linien 21 und 22 sind dabei auf einen Rauschfaktor bei 3 db bezogen. Was innerhalb der im wesentlichen parabolförraigen Kurve liegt, liegt unter 3 db. Es läßt sich also feststellen, daß die Figuren 4, 5» 6 und 7 für den Gegenstand der Erfindung eine ganz wesentliche Verbesserung gegenüber den bisher bekannten Halbleitervorrichtungen deutlich machen.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Erfindung,bei dem der anhand von Figur 1 erläuterte NPN-Transistor in einen integrierten Schaltkreis, zusammen mit einem oder mehreren anderen Halbleiterelementen, beispielsweise mit einem PNP-Transistor herkömmlicher Bauart, eingebaut ist. Diese beiden Elemente bilden ein Komplementär-Transistorpaar. In einem P-Typ-Substrat 30 ist ein NPN-Transistor 31 in eier anhand von Figur 1 erläuterten Weise ausgebildet. Dabei ist eingeschlossen ein stark dotierter Kollektor 1, ein leichtdotierter Kollektor 2, eine gering-dotierte Basis 3, ein. gering-dotierter Emitter 4, ein stark-dotierter Bereich 5, ein Kollektoranschlußbereich 6, ein Kollektorkontaktbereich 15, ein Basisanschlußbereich 7, ein Basiskontaktbereich 8, eine Kollektorelektrode 9, eine Basiselektrode 10 und eine Emitterelektrode 11. Im gleichen Substrat 30 ist ein herkömmlichexjPNP-Transistor ausgebildet, der aus einem p'-Typ Kollektor 63* einer N-Typ Basis 64, einem P-Typ Emitter 38, einem P-Typ
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Kollektoranschluß 37, einem P-Typ Kollektor Kontaktbereich 48, einem .N-Typ Basis Kontaktbereich 35, einer Kollektorelektrode 39, einer Basiselektrode 40. und einer Emitterelektrode 41 besteht. Die beiden Transistoren 3I und 32 sind durch PN-Übergänge.elektrisch gegeneinander isoliert. Ein P-Typ Isolationsbereich 5Θ ist mit dem Substrat 20 verbunden und umgibt die beiden NPN-und PNP-Transistoren 31 bzw. Drei N-Typ Bereiche 61, 62 und 66 bilden einen becherförmigen Isolationsbereich, der den PNP-Transistor 32 umgibt.
In diesem integrierten Schaltkreis wird eine Vielzahl von Paaren oder Trios gleichzeitig gebildet. Beispielsweise werden die N+-Bereiche 1 und 61 durch selektive Diffusion in das P-Substrat 30 hergestellt. .
D-ie N~"-Bereiche 2 und 62 werden durch epitaxiales Wachstum erzeugt. Der P"~-Bereich 3» der die Basis des NPN-Transistors 3I und der Bereich 63, der den Kollektor desPNP-Transistors 32 bildet, werden durch epitaxiales Wachstum oder durch selektive Diffusion hergestellt. Der N~-Bereich 4 (der niedrig-dotierte Emitter des NPN-Transistors) und der Bereich 64, die Basis des PNP-Transistors, werden durch N~-Typ epitaxiales Wachstum erzeugt. Die N+-Bereiche 6 und 66 werden durch N-Typ Diffusionen hergestellt. Die P-Bereiche 7 und werden durch Diffusion erzeugt. Die P+-Bereiche 8, 38 und werden durch P-Typ-Diffusion erzeugt. Die N+-Bereiche (der Emitter des NPN-Transistors), I5 (der Kollektorkontaktbereich des NPN-Transistors) und 35 (der Basiskontaktbereich des PNP-Transistors) werden durch Diffusion hergestellt.
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Der Ausdruck "im wesentlichen flach", der zur Charakterisierung des Zustande der Minoritätsträgerkonzentration über den aktiven Emitterbereich verwendet wurde, soll so verstanden werden, daß der-zusammengefaßte Wert der vom aktiven Basisbereich in den aktiven Emitterbereich injizierten Minoritätsträger und die aufgrund des eingebauten Felds in umgekehrter Richtung sich bewegenden Minoritätsträger im Emitter über den aktiven iSmitterbereich einen .relativ flachen Verlauf ergibt. Dieser Zustand wird für den Emitterbereich durch die Linie (e) in Figur 2 charakterisiert, die im wesentlichen horizontal verläuft.
Während die Erfindung unter Bezug auf Figur 1 anhand eines NPN-Transistors erläutert wurde, sei nicht versäumt zu erwähnen, daß sich in entsprechender Weise auch ein PNP-Transistor mit vergleichbarem Aufbau und vergleichbaren Kennwerten herstellen läßt. Auch auf die Herstellung eines Halbleiterthyristors vom NPNP-Typ läßt sich die Erfindung in vorteilhafter Weise anwenden.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergängen und einem sehr hohen Stromverstärkungsfaktor geschaffen wurde, die eine niedrige Verunreinigungskonzentration im Emitterbereich, eine die Breite des Emitters übersteigende injizierte Minorität sträger-Diffusionslänge, eine niedrige Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und ein gutes Kristallgitter aufweist. Die beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen Bereich hoher Verunreinigungskonzentration vom gleichen Verunreinigungstyp wie der Emitter auf, der wenigstens
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einen Teil des Emitterbereichs überdeckt und dabej2 O 6 4 7 5 einen L-H-Übergang ergibt,der Minoritätsträger als Driftstrom zurück zum Basisbereich reflektiert. Die Anordnung ist so getroffen, daß der an den L-H-Übergang angrenzende. Driftstrom den Minoritätsträger-Diffusionsstrom im wesentlichen eliminiert, der vom Basisbereich aus injiziert wird, da er umgekehrt gerichtet ist.
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Claims (1)

  1. DipL-lng. Frithjof Müller
    '^tantanvvalt
    S München Sony Corporation . ßio8f!ddem^ straße se
    Tokyo - Japan
    S73P15O
    PATENTANSPRÜCHE
    Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergängen und mit einem Emitterbereich dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich so dotiert ist, daß sich eine injizierte Minoritätsträger-Diffusionslänge oder -tiefe örgibt, die beträchtlich größer ist als die Breite bzw. Weite des Emitterbereichs, und daß Mittel vorgesehen sind, die im Emitterbereich ein eingebautes Feld solcher Stärke erzeugen, daß die Konzentration der injizierten Minoritätsträger über den Emitterbereich einen im wesentlichen flachen Verlauf aufweist,
    2) Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergangen, mit einem Emitter-und einem Basisbereich dadurch gekennzeichnet, d-aß die injizierte Minoritätsträger-Diffusionslänge wesentlich größer ist als die Breite bzw. Weite des Emitterbereichs (4);und daß Mittel zur Erzeugung eines eingebauten Felds solcher Größe vorgesehen sind, daß der dadurch erzeugte Driftstrom den injizierten Minoritätsträger-Diffusionsstrom im wesentlichen ausgleicht.
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    Halbleitervorrichtung nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, daß das eingebaute Feld durch einen L-H-Ubergang erzeugt wird.
    4) Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergängen, mit einem Emitter- und einem Basisbereich, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich (4) so dotiert ist, daß sich eine injizierte Minoritätsträger-Diffusionslänge oder -tiefe ergibt, die beträchtlich größer ist als die Breite des Emitterbereichsrund daß Mittel vorgesehen sind, die im Emitterbereich ein eingebautes Feld solcher Größe erzeugen, daß die injizierten Minoritätsträger gegen den Basisbereich reflektiert werden.
    5)Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergängen, mit einem Emitter-und einem Basisbereich, d.a d u r c h gekennze lehnet, daß der Emitterbereich (4) so dotiert ist, daß eine injizierte Minoritätsträger-Diffus ions länge oder -tiefe erzeugt wird, die beträchtlich größer ist als die Breite bzwe Weite des EmitterbereichSjund daß der im Emitterbereich injizierte Minoritätsträgerstrom wesentlich kleiner ist als der injizierte. Minoritätsträgerstrom im Basisbereich. . · .
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    6) Halbleitervorrichtung mit Mehrfachübergängen und mit einem Emitterbereich dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich (4) so dotiert ist, daß eine injizierte Minoritätsträger-Diffusionslänge oder -tiefe erzeugt wird, die beträchtlich größer ist als die Breite bzw. Weite des Emitt-erbereichs und daß Mittel zur Erzeugung eines L-H-Übergangs im Emitter und Mittel zur Gewährleistung einer geringen Oberflächen-Rekombinationsgeschwindigkeit vorgesehen sind.
    7) Halbleitervorrichtung mit ersten, zweiten und einem dritten Halbleiterbereich, denen jeweils ein bestiEimtep Leitfähigkeitstyp zugeordnet ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung zur Injizierung von Majoritätsträgern« in den ersten, durch den zweiten und in den dritten Bereich und mit einem durch den ersten und zweiten Bereich gebildeten und von den Majoritätsträgern passierten PN-Übergang, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Bereich ein gegen den PN-Übergang gerichteter L-H-Übergang ausgebildet ist und der Abstand zwischen dem L-H-Übergang und dem PN-Übergang kleiner ist als die Diffusionslänge der zwischen den beiden Übergängen vorhandenen Minoritatsträgern.
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