DE1197553B

DE1197553B - Semiconductor component with pn junction

Info

Publication number: DE1197553B
Application number: DES77490A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Aleite
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-01-11
Filing date: 1962-01-11
Publication date: 1965-07-29

Description

Halbleiterbauelement mit pn-übergang Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Aufbau eines Halbleiterbauelements mit pn-übergang.Semiconductor component with pn junction The invention relates to an improved structure of a semiconductor component with pn junction.

Halbleiterbauelemente, insbesondere Gleichrichter mit einem Halbleiterkörper aus Germanium, Silizium oder intermetallischen halbleitenden Verbindungen, werden vielfach in der Weise hergestellt, daß ein Plättchen aus entsprechendem Halbleitermaterial, beispielsweise ein Siliziumeinkristall, das p-leitend ausgeführt ist, auf einer Seite n-leitend dotiert wird, so daß sich ein pn-Übergang bildet. Bei solchen Halbleiterkörpern ergeben sich manchmal dadurch Schwierigkeiten, daß an der Stelle, wo der pn-übergang an die Atmosphäre bzw. aus dem Gleichrichteraufbau nach außen tritt, Störungen auftreten. Dies kann insbesondere dann in erhöhtem Umfange der Fall sein, wenn gerade an diesen Stellen eine Störung im Kristallaufbau vorliegt.Semiconductor components, in particular rectifiers with a semiconductor body from germanium, silicon or intermetallic semiconducting compounds often produced in such a way that a plate made of appropriate semiconductor material, For example, a silicon single crystal, which is made p-conductive, on a Side is doped n-conductively, so that a pn junction is formed. With such semiconductor bodies Sometimes difficulties arise because at the point where the pn junction enters the atmosphere or from the rectifier structure to the outside, disturbances occur. This can in particular be the case to a greater extent when this is the case If there is a fault in the crystal structure.

Um derartige Nachteile zu vermeiden, ist bereits eine solche Herstellung des Halbleiterbauelements vorgeschlagen worden, durch welche zwischen einem stark n-leitenden und einem stark p-leitenden Bereich am pn-Übergang innerhalb des Halbleiterkörpers des betreffenden Halbleiterbauelements wenigstens an bzw. benachbart dem an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden Rand jener Grenzfläche diese zwischen je einer schwach n- und einer schwach p-leitenden Zone gebildet ist.In order to avoid such disadvantages, such a production of the semiconductor component has already been proposed, by which between a strongly n-conductive and a strongly p-conductive region at the pn junction within the semiconductor body of the semiconductor component in question at least on or adjacent to the surface passing the edge of the semiconductor body that this interface is formed between each of a weak n-type and a weak p-type region.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines solchen Aufbaus eines Halbleiterbauelements, bei welchem in der Randzone der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers heraustretenden Grenzfläche zwischen den Zonen des Halbleiterkörpers entgegengesetzten elektrischen Leitungstyps nicht Ungleichmäßigkeiten in der anteiligen Führung eines Sperrstromes an den verschiedenen, in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Anteilen dieser Randzone entstehen können.It is an object of the present invention to provide such Construction of a semiconductor component, in which in the edge zone of the surface of the semiconductor body emerging interface between the zones of the semiconductor body opposite electrical conduction type does not have irregularities in the proportionate Conducting a reverse current on the different, successive in the circumferential direction Shares of this edge zone can arise.

Zur Erreichung dieses Zieles wird bei einem Halbleiterbauelement mit pn-übergang, insbesondere einem Flächengleichrichter mit einem Halbleiterkörper aus Gennanium, Silizium oder einer halbleitenden Verbindung erfindungsgemäß der Rand des pn-Übergangs mit einer Widerstandsschicht bedeckt, deren Leitfähigkeit größer als die Volumenleitfähigkeit des in Sperrichtung beanspruchten pn-übergangs ist.To achieve this goal, a semiconductor component has pn junction, in particular a surface rectifier with a semiconductor body of Gennanium, silicon or a semiconducting compound according to the invention Edge of the pn junction covered with a resistive layer whose conductivity greater than the volume conductivity of the pn junction stressed in the reverse direction is.

Hierbei soll beispielsweise eine solche erhöhte Leitfähigkeit an dem Rand des pn-übergangs erreicht werden, daß der Sperrstrom großer Zellen etwa auf 1000 1/o erhöht wird, also beispielsweise statt 6 mA einen Betrag von 60 wA als Mittelwert erreicht. Bei einer Sperrspannung von 300 V ergibt sich also für diese Schicht ein Gesamtwiderstand von etwa 5 - 103 Ohm.In this case, for example, such an increased conductivity is to be achieved at the edge of the pn junction that the reverse current of large cells is increased to about 1000 1 / o, for example, instead of 6 mA, it reaches an average of 60 wA. With a reverse voltage of 300 V, this results in a total resistance of about 5 - 103 ohms for this layer.

Eine derartige Verringerung des Widerstands kann dadurch erreicht werden, daß dem kristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium selbst, durch entsprechende Legierung oder Eindiffundierung eine erhöhte nichtpolare, also für beide Stromrichtungen praktisch gleichwertige geringe Leitfähigkeit gegeben wird, Eine andere Lösung besteht darin, daß auf die Austrittsstellen der Sperrschicht eine Schicht eines neutralen nicht dotierenden Fremdmaterials mit entsprechender geringer Leitfähigkeit aufgebracht wird, beispielsweise eine feinverteilte Kohleschicht aufgedampft wird.Such a reduction in resistance can thereby be achieved that the crystalline semiconductor material, for example silicon itself, by appropriate alloy or diffusion an increased non-polar, ie practically equivalent low conductivity given for both current directions Another solution is that on the exit points of the barrier layer a layer of neutral non-doping foreign material with corresponding low conductivity is applied, for example a finely divided carbon layer is vaporized.

Dadurch wird erreicht, daß die Feldkonzentration an diesen Stellen etwas herabgesetzt wird, also die Arbeitsbedingungen für den Gleichrichter in den kritischen Fällen erleichtert werden, so daß eine Beschädigung durch Sperrspannungsüberschlag vermieden werden kann.This ensures that the field concentration at these points is somewhat reduced, so the working conditions for the rectifier in the critical cases are relieved, so that damage by reverse voltage flashover can be avoided.

Außerdem wird durch den nun vergrößerten Leitwert in Sperrichtung, der dann auch mit geringerer Toleranz eingehalten worden kann, eine gleichmäßigere statische Spannungsauftellung bei Reihenschaltung von Zellen erreicht, und der sonst eventuell notwendige Parallelwiderstand kann entfallen.In addition, the now increased conductance in the reverse direction, which can then also be adhered to with a lower tolerance, a more uniform one static voltage distribution with series connection reached by cells, and the parallel resistor that might otherwise be required can be omitted.

Für symmetrisch aufgebaute flächenhafte Transistoren mit einander an der gleichen Oberfläche umschließenden Elektroden an den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterkörpers, wobei deren zugehörige dotierte Bereiche des einen elektrischen Leitungstyps jeweils mit dem Ausgangshalbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyps je einen pn-übergang bilden, und die pnübergänge, welche gebildet werden von eindotierten Bereichen, welche von der einen Oberfläche ausgehen, als Summe die Kollektorfläche, und diejenigen pn-übergänge, welche-von der anderen gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgehen, die effektive Emitterfläche des Transistors bestimmen, ist bekanntgeworden, jeweils zwischen der inneren Elektrode und der äußeren Elektrode an der gleichen Oberfläche eine Impedanz in Form eines ohmschen, eines nichtlinearen oder eines asymmetrischen Widerstandes einzuschalten. Hierbei ist beschrieben worden, solche äußere Widerstände als überzüge aus Widerstandsmaterial auf der Oberfläche des Halbleitermaterials zwischen den einander umschließenden Bereichen aufzubringen, wobei jede solche Schicht aus einem geschlossenen Ring oder auch aus mehreren Segmenten bestehen kann, welche die entsprechenden Zonenbereiche an verschiedenen Punkten berühren.For symmetrically constructed planar transistors with each other on the same surface enclosing electrodes on the two opposite surfaces of the semiconductor body, whose corresponding doped regions of one electrical conductivity type in each case opposite to the output semiconductor body conductivity type each form a pn junction, and the pnübergänge which formed The total of the collector area and those pn junctions which extend from the other opposite surface of the semiconductor body determine the effective emitter area of the transistor from doped areas which start from one surface, has become known, in each case between the inner electrode and to switch on an impedance in the form of an ohmic, a nonlinear or an asymmetric resistance of the outer electrode on the same surface. It has been described here to apply such external resistors as coatings of resistance material on the surface of the semiconductor material between the areas surrounding each other, each such layer being able to consist of a closed ring or also of several segments which touch the corresponding zone areas at different points.

Diese Schichten haben also eindeutig nicht die Funktion, ein überdecken eines pn-überganges an allen Stellen seines freiliegenden Umfanges zu erfüllen, sondern sie spielen nur die Rolle von Schaltungselementen - mit Widerstandscharakter, welche eine reine elektrische Brücke zwischen den genannten Bereichen gleichen elektrischen Leitungstyps, also über zwei pn-tübergänge hinweg, bilden.These layers clearly do not have the function of covering a pn junction at all points of its exposed perimeter, but they only play the role of circuit elements - with a resistance character, which are a pure electrical bridge between the mentioned areas of the same electrical conductivity type, i.e. across two pn junctions.

Für eine Halbleitervorrichtung mit der Arbeitsweise nach Art eines elektrischen Schalters, z. B. mit vier zwischen den beiden äußeren elektrischen Anschlüssen vorhandenen, abweichend elektrisch dotierten Bereichen, war bekanntgeworden eine Aufeinderfolge von der einen mit. elektrischem Anschluß versehenen Fläche, z. B. eines sich quer zum Stromlauf über den ganzen Querschnitt des Halbleiterkörpers erstreckenden Bereiches vom p-Leitungstyp, eines in gleicher Weise sich erstreckenden, in Richtung des Stremlaufs dickeren Bereiches vom n-Leitungstyp, dann wieder eines Bereiches vom p-Leitungstyp bekannt, wobei an dessen dem Bereich vom n-Leitungstyp abgewandten Ende in Richtung des Stromlaufs in diesen Bereich ein zentral liegender Bereich vom n-Leitungstyp und diesem in exzentrischer Lage mit Abstand benachbart ein n-leitender Bereich kleinerer Querausdehnung eingebaut ist. An diesem anderen kontaktierten Ende des Halbleiterkörpers treten also an die Oberfläche des Halbleiterkörpers der letztgenannte p-leitende Bereich mit einer anteiligen Flächenausdehnung, der in diesen zentral eingelagerte n-leitende Bereich und der exzentrisch eingelagerte n-leitende Bereich von kleinerer Flächenausdehnung. Als Anschlußkontakt an dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers dient eine Metallschicht, welche sich zugleich über den zentralen n-leitenden Bereich und den an diesen angrenzenden p-Bereich in der einen Querrichtung erstreckt, und die für den zwischen beiden Bereichen bestehenden pn-übergang somit zunächst eine Kurzschlußbrücke bildet, und zweitens ein Anschluß an den n-leitenden Bereich kleinerer Flächenausdehnung, der einem Leitungszug angehört, der sich zwischen dem soeben genannten Metallbelag großer Flächenausdehnung und dem n-leitenden Bereich kleinerer Flächenausdehnung erstreckt und dabei in Reihenschaltung einen elektrischen Schalter, eine Spannungsquelle bzw. einen Generator und einen strombegrenzenden Widerstand enthält. Es liegt also eine dem pn-übergang im Sinne der vorliegenden Erfindung zugeordnete bzw. überdeckende Widerstandsschicht nicht vor.For a semiconductor device having a type of operation electrical switch, e.g. B. with four between the two outer electrical Connections existing, differently electrically doped areas, had become known a succession of the one with. electrical connection area, z. B. one across the circuit across the entire cross-section of the semiconductor body extending area of the p-conductivity type, one extending in the same way, in the direction of the Stremlauf thicker area of the n-conductivity type, then again one Area of the p-conductivity type known, with the area of the n-conductivity type remote end in the direction of the current flow in this area a centrally located Area of the n-conductivity type and adjacent to it in an eccentric position at a distance an n-conductive area with a smaller transverse dimension is built in. On this other one contacted end of the semiconductor body thus come to the surface of the semiconductor body the last-mentioned p-conductive region with a proportional areal extent, the in this centrally stored n-conductive area and the eccentrically stored n-conductive area with a smaller surface area. As a connection contact on this A metal layer serves on the surface of the semiconductor body, which is at the same time via the central n-conducting area and the p-area adjacent to it extends in one transverse direction, and that for the one between the two areas pn junction thus first forms a short-circuit bridge, and secondly a connection to the n-conductive area with a smaller surface area that belongs to a cable run, which is between the just mentioned metal covering large area and the n-conductive area of smaller area extends and thereby connected in series an electrical switch, a voltage source or a generator and a Contains current limiting resistor. So there is a pn junction in mind the present invention associated or covering resistive layer before.

Weiter war für eine im Sinne eines elektrischen Schalters zum Einsatz kommende elektrische Halb--leiteranordnung mit negativem Widerstandsverhalten und von symmetrischem sowie asymmetrischem Aufbau, welche mit zwei äußeren elektrischen Anschlüssen versehen ist, ein Aufbau bekannt, wonach in Richtung des Stromlaufs durch den Halbleiterkörper quer zu diesem über die ganze Querschnittsausdehnung des Halbleiterkörpers sich erstreckende Bereiche vorhanden waren, und zwar ein Bereich vom p-Leitungstyp, ein nachfolgender im Wege des Stromlaufs dickerer n-leitender Bereich, ein im Wege des Stromlaufs nachfolgender dünnerer p-leitender Bereich sowie ein diesem p-Bereich nachfolgender, sich jedoch nur mit einem Anteil seiner gesamten Querausdehnung an die Endoberfläche des Halbleiterkörpers tretender Bereich vom n-Leitungstyp, so daß also beide Bereiche, derjenige vom p-Leitungstyp mit einem kleinen Flächenanteil, dagegen derjenige vom n-Leitungstyp mit einem größeren Flächenanteil an die gleiche Fläche des Halbleiterkörpers treten. Beide Endflächen des Halbleiterkörpers sind bei dieser bekannten Anordnung mit je einem sich praktisch über deren gesamte Flächenausdehnung sich erstreckenden metallischen Anschlußkontaktstück versehen. Damit ist der an der einen Endfläche des Halbleiterkörpers heraustretende pn-übergang durch die eine metallische Anschlußkontaktschicht zunächst praktisch nach Art eines Kurzschlusses überbrückt.Furthermore, for an electrical semiconductor arrangement used in the sense of an electrical switch with negative resistance behavior and of symmetrical and asymmetrical structure, which is provided with two external electrical connections, a structure was known according to which in the direction of the current flow through the semiconductor body transversely Areas extending over the entire cross-sectional dimension of the semiconductor body were present, namely an area of the p-conductivity type, a subsequent n-conductive area that is thicker due to the current flow, a thinner p-conductive area following this due to the current flow and a p-conductive area. Area of the n-conduction type, but only with a portion of its total transverse extent reaching the end surface of the semiconductor body, so that both areas, the one of the p-conduction type with a small area portion, on the other hand that of the n-conduction type with a larger area portion to the same e step on the surface of the semiconductor body. In this known arrangement, both end faces of the semiconductor body are each provided with a metallic connection contact piece extending practically over their entire surface area. The pn junction emerging at one end face of the semiconductor body is thus initially bridged practically in the manner of a short circuit by the one metallic connection contact layer.

Auch handelt es sich somit nicht um das Aufbringen einer Widerstandsschicht auf einen pn-übergang im Sinne der vorliegenden Erfindung.It is therefore not a question of applying a resistive layer either to a pn junction within the meaning of the present invention.

Claims

1. A semiconductor device having pn-junction, in particular surface rectifiers, with a semiconductor body made of germanium, silicon or a compound semiconductor, d a d u rch g e -kennzei seframe that the edge of the pn junction with a resistance layer is covered, the conductivity is greater than the volume conductivity of the pn junction stressed in the reverse direction.

2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the conductivity of the resistance layer is dimensioned such that the reverse current is increased to approximately 10001 / o. 3. Semiconductor component according to Claim 2, characterized in that, in order to produce the resistance layer, material particles are embedded in the semiconductor material at the exit point of the pn-layer, which result in an increased conductivity which is approximately equivalent for both current directions. 4. Semiconductor component according to claim 1 or 2, characterized in that the resistance layer consists of neutral, non-doping foreign material. 5. Semiconductor component according to claim 4, characterized in that the resistance layer consists of finely divided carbon powder. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 094 370; German utility model No. 1838 035; Journ. of appl. Physics, Vol. 30, 1959, No. 11, pp. 1819 and 1824.