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Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, insbesondere
Halbleitergleichrichter Die Erfindung betrifft elektrisch unsymmetrisch leitende
Halbleiteranordnungen, insbesondere Halbleitergleichrichter.
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Diese Halbleiteranordnungen weisen einen Halbleiterkörper auf, an
welchem zwei oder mehrere Elektroden angebracht sind. Von diesen Elektroden soll
mindestens eine einen möglichst sperrschichtfreien Kontakt mit dem Halbleiterkörper
bilden. Bei den genannten Halbleiteranordnungen kann es sich beispielsweise um gesteuerte
Halbleitergleichrichter oder um gesteuerte; insbesondere mittels einer Elektrode
oder Lichteinstrahlung oder Einwirkung eines magnetischen Feldes gesteuerte Halbleitergleichrichter
handeln.
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Benutzt ein Halbleitergleichrichter einen Halbleiterkristall, der
einen p-n-Übergang enthält, dann ist es erforderlich, sowohl den elektronenleitenden
Teil als auch den defektelektronenleitenden Teil des Halbleiterkristalls mit je
einer sperrschichtfreien Elektrode zu versehen. Die Herstellung vollständig sperrschichtfreier
Kontakte bereitet aber erhebliche Schwierigkeiten.
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Daher wurde schon versucht, den Halbleiterkristall mit Elektroden
aus einem Metall zu kontaktieren, das hinsichtlich seiner Austrittsarbeit mit der
des Halbleiterkristalls übereinstimmt. Jedoch ist bereits die Auswahl von Metallen
mit einer geeigneten Austrittsarbeit häufig sehr schwierig und unter Umständen überhaupt
nicht möglich. Die Kontaktmetalle sollen nämlich nicht nur eine zu dem Halbleiter
passende Austrittsarbeit besitzen, sondern außerdem bezüglich der Kristallstruktur
mit dem Halbleiterkristall angenähert übereinstimmen.
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Selbst wenn es nun gelingt, ein Metall mit einer angenähert gleichen
Kristallstruktur anzugeben, dann kann eine Übereinstimmung der Austrittsarbeit eines
einzigen Metalls nicht mit beiden Teilen des Halbleiterkristalls, also mit dem elektronenleitenden
sowie mit dem defektelektronenleitenden Teil, erreicht werden. Die Austrittsarbeit
des Halbleiterkristalls hängt nämlich von der Art und Größe der Dotierung ab. Daher
kann mit einem bestimmten Metall etwa Übereinstimmung mit dem elektronenleitenden
Teil erzielt werden. Die Austrittsarbeit des defektelektronenleitenden Teiles unterscheidet
sich dann aber von der Austrittsarbeit des Metalls um die Kontaktpotentialdifferenz
von elektronen- und defektelektronenleitendem Teil des Halbleiterkristalls.
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Für Selentrockengleichrichter ist bekannt, zwischen Trägerelektrode
und Selenschicht eine Zwischenschicht aus Nickel zu verwenden. Jedoch weist der
Übergang Selenschicht¯Trägerelektrode mit einer Zwischenschicht aus Nickel, das
metallische Leitfähigkeit besitzt, keine Sperrschichtfreiheit auf, vielmehr zeigt
die Kennlinie dieses Übergangs einen nichtlinearen Verlauf. _ Nach einem bekannten
Verfahren soll zur sperrfreien Kontaktierung von Flächengleichrichtern oder Transistoren
mit einem eine p-n-Schichtung aufweisenden Halbleiterkristall vor dem Aufbringen
des Kontaktmetalls eine dünne aus der Grundsubstanz des Halbleiters bestehende Zwischenschicht
auf die Kontaktfläche des Halbleiterkristalls- durch Bedampfung oder Kathodenzerstäubung
aufgbracht werden. Der Widerstand der eine derartige Zwischenschicht aufweisenden
Metallkontakte ist wegen der beim Aufdampfen bzw. Aufstäuben sich einstellenden
gestörten Kristallstruktur der Zwischenschicht von Kontakt zu Kontakt nicht ausreichend
einheitlich.
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Weiterhin sind Schwierigkeiten der Auswahl eines geeigneten Metalls
dadurch bedingt, daß die Oberflächenschicht des Halbleiterkristalls in ihrer Kristallstruktur
gestört ist. Daher hängt die Austrittsarbeit *des Halbleiterkörpers von der im einzelnen
vorliegenden Beschaffenheit der Oberflächenschicht ab. Sie stellt somit keinen festen
Wert dar, und die Differenz der Austrittsarbeit von Halbleiterkörper und kontaktierendem
Metall fällt von Kontakt zu Kontakt verschieden aus. Diese Unterschiede haben eine
Streuung der Kennlinie der elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen
zur Folge, welche die Verurendung der Halbleiteranordnungen erheblich beeinträchtigefi
kann: Auch andere Vorschläge wie die Steigerung der Konzentration der Elektronen
bzw_. Defektelektronen unmittelbar von der Metallelektrode ergeben keine befriedigende
Lösungen, da der erforderliche steile Konzentrationsanstieg nicht ausreichend stabil
ausfällt und dessen Steilheit außerdem die Neigung des
Kontaktes
zur Injektion von Ladungsträgern erhöht. Eine Erhöhung der Konzentration von -Elektronen
bzw. Defektelektronen ist zudem durch die Grenze der Löslichkeit der jeweiligen
Störstellensubstanz nur in beschränktem Ausmaß möglich.
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Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen nach der Erfindung
weisen diese Nachteile nicht auf und stellen auch in anderer Hinsicht eine günstige
Ausbildung dieser Halbleiteranardnungen dar. Die Erfindung besteht darin, daß zwischen
Elektrode und elektrodennächster Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers eine oder
mehrere Zwischenschichten aus Thalliumbismutid, Indiumbismutid oder Thalliumantimonid
äquiatomarer Zusammensetzung angeordnet sind. Diese für Zwischenschichten besonders
vorteilhaften Stoffe weisen im Gegensatz zu anderen Verbindungen aus Elementen der
III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente keine Halbleitereigenschaften
auf, denn bei ihnen sind Leitungsband und Valenzband nicht durch eine Bandlücke
getrennt. In diesen Verbindungen liegen nun sowohl Elektronen als auch Defektelektronen
in günstiger hoher Konzentration vor. Andererseits besitzten diese Stoffe gegenüber
Metallen den Vorteil von solchen Stoffen, deren unterer Rand ihres Leitfähigkeitsbandes
mit dem oberen Rand des Valenzbandes angenähert zusammenfällt.
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Von besonderem Vorteil ist die Anordnung dieser Zwischenschichten
zwischen einem Halbleiterkörper aus Aluminiumantimonid oder Indiumantimonid und
seinen Elektroden. Die Kristallstruktur der Zwischenschicht ist dann mindestens
angenähert gleich der des Halbleiterkörpers und gibt daher keinen Anlaß für Störungen
der Kristallstruktur an der Grenze von Halbleiterkörper und Zwischenschicht. Besonders
günstig ist die Verwendung von Zwischenschichten in kristalliner Form, und zwar
insbesondere dann, wenn der Halbleiterkörper aus einem Einkristall besteht.
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Zweckmäßig können nach der Erfindung auch Halbleiterkörper aus Germanium,
Silizium, Germanium-Silizium-Legierungen, halbleitenden Verbindungen aus Elementen
der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente oder halbleitenden
intermetallischen Verbindungen über eine dieser Zwischenschichten mit Elektroden
sperrschichtfrei verbunden sein.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform wird erhalten, indem ein Halbleiterkörper,
der aufeinanderfolgend eine elektronenleitende, eine eigenleitende und eine defektelektronenleitende
Zone enthält, sowohl auf dem elektronenleitenden als auch auf dem defektelektronenleitenden
Bereich des Halbleiterkristalls mit einer Zwischenschicht aus Thalliumbismutid äquiatomarer
Zusammensetzung versehen wird. An die Zwischenschichten können dann die metallischen
Elektroden, z. B. aus Wismut oder Thallium, angebracht werden.
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Als günstig erweisen sich Anordnungen von Halbleiterkörpern, Zwischenschichten
und Elektroden, bei denen der an die Zwischenschicht angrenzende elektrodennächste
Teil der Halbleiteroberfläche eine gegenüber dem übrigen Halbleiterkörper gleichen
Leitungstyps erhöhte Konzentration an Majoritätsladungsträgern aufweist. Die erhöhte
Konzentration kann in bekannter Weise durch Eindiffusion oder/und Einlegieren erzeugt
werden. Nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellte, elektrisch unsymmetrisch
leitende Halbleiteranordnungen unterscheiden sich von bekannten Halbleiteranordnungen
schon insoweit, als bei den elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen
nach der Erfindung eine verhältnismäßig geringe Konzentrationserhöhung ausreichend
ist, um einen günstigen Übergang zur Zwischenschicht zu ergeben. Damit können aber
die Nachteile eines steilen Konzentrationsanstieges der Ladungsträger vermieden
werden, ohne daß auf die Vorzüge einer Konzentrationserhöhung vor einer sperrschichtfreien
Elektrode verzichtet werden müßte.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht in einer Anordnung
aus einem eigenleitenden Halbleiterkörper, z. B. aus Indiumantimonid, und daran
anschließend eine Zwischenschicht aus Thalliumantimonid, auf welche eine Metallschicht,
z. B. aus Antimon oder einer Antimonlegierung, folgt. Wird als Halbleiterkörper
ein Einkristall verwendet, dann kann zweckmäßig die Zwischenschicht ebenfalls in
einkristalliner Form vorgesehen werden.
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An Stelle einer einzigen Zwischenschicht zwischen elektrodennächstem
Teil des Halbleiterkörpers und Elektrode ist für manche Zusammenstellungen von Halbleiter-
und Elektrodenmaterial zweckmäßig, mehrere Zwischenschichten gleichen Gittertyps
vorzusehen. Günstig kann hierbei eine solche Zwischenschichtfolge angeordnet werden,
deren dem Halbleiterkörper nächste Zwischenschicht die geringste Abweichung in der
Gitterkonstanten von der des einkristallinen Halbleiterkörpers aufweist, während
für die nächstfolgenden von Schicht zu Schicht eine steigende Abweichung zulässig
ist. Derartige Halbleiterkontakte zeigen untereinander eine weitgehende Übereinstimmung
in ihren elektrischen Eigenschaften.
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Ein Selen-Trockengleichrichter kann nach einem weiteren Beispiel der
Erfindung dadurch in seinen elektrischen Eigenschaften verbessert werden, daß die
Gegenelektrode aus Cadmium über eine Zwischenschicht aus Thalliumbismutid mit der
cadmiumnächsten Halbleiterschicht aus Cadmiumselenid verbunden wird. Auf die Cadmiumselenidschicht
folgt in bekannter Weise eine Selenschicht, eine Wismutselenidschicht und eine Aluminiumträgerelektrode.