DE1111298B - Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

• Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung Bei der Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen, wie Transistoren oder Vierschichtentrioden, geht man gewöhnlich von kreisscheibenförmigen Halbleiterkörpem aus, die aus einem stabförmigem Kristall durch Parallelschnitte senkrecht zu dessen Wachstumsrichtung gewonnen worden sind. Als Ausgangsmaterial eignet sich besonders Germanium, Silizium oder eine halbleitende intermetallische Verbindung. Zur Erzeugung der in solchen Halbleiteranordnungen erforderlichen p-n-Übergänge bedient man sich der bekannten Legierungs- oder Diffusionsverfahren, die auch derart miteinander kombiniert werden können, daß der eine p-n-übergang durch Diffusion und der andere p-n-übergang durch Legierung erzeugt wird. Es ist auch bereits bekannt, durch Eindiffusion zweier Störstellensubstanzen unterschiedlichen Vorzeichens und unterschiedlicher Diffusionskonstante und durch entsprechende Bemessung der Substanzmengen zwei in der Tiefe der Halbleiterscheibe untereinanderliegende p-n-Übergänge zu erzeugen und diese in streifenförmige Bereiche zu unterteilen. Es ist weiterhin bekannt, die Elektroden an Halbleiterkörpern. in Form konzentrischer Ringe aufzubringen, gegebenenfalls auch auf verschiedenen Oberflächen des Halbleiterkörpers.
• Die Erfindung bezieht sich nun auf eine elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, insbesondere einen Transistor oder eine Vierschichtentriode, mit einem etwa kreisscheibenförrnigen, aus einem Kristallstab durch Parallelschnitte senkrecht zur Wachstumsrichtung gewonnenen und mit durch Eindiffusion erzeugten, in je einer anderen Ebene parallel zu einer der beiden ursprünglichen Oberflächen des scheibenförmigen Halbleiterkörpers übereinanderliegenden p-n-übergänggen versehenen Halbleiterkörper aus Silizium, Germanium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung. Diese Halbleiteranordnung unterscheidet sich erfindungsgemäß von den bisher bekannten dadurch, daß die p#n-Übergänge in einem kreisringförmigen versetzungsarmen Bereich liegen, dessen#Rotationsachse. etwa mit der des Halbleiterkörpers übereinstimmt und dessen Breite sich im Mittel symmetrisch- zu einem Kreis mit dem halben Radius - des Halbleiterkörpers verteilt.
• Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sich der -Bereich-der p-n-übergänge äuf einen Bereich des Kristalls beschränkt,'die besonders arm an Versetzungen sind. Die Versetzungen treten nämlich am häufigsten in der Mitte und am äußerefi Rande des Kristallstabes und damit auch der Halbleiterscheibe auf und beeinträchtigen die Funktion eines Transistors oder einer Vierschichtentriode wesentlich. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine gute Wärmeableitung gegeben ist, weil die Gesamtfläche des p-n-Überganges am Kollektor merklich kleiner ist als die Fläche der Halbleiterscheibe, die zur Anlage an einem Träger zwecks Wärmeabfuhr zur Verfügung steht.
• Die p-n-übergänge der Anordnung nach der Erfindung haben die Form von achsengleichen Kreisringen, und die Anbringung der Elektrode an der zwangsweise ebenfalls kreisringförnügen Halbleiterzone zwischen ihnen wird erleichtert, wenn die Breite des kreisringförnügen, der ursprünglichen. Oberfläche des Halbleiterkörpers am nächsten liegenden p-n-Überganges kleiner ist als die Breite des kreisringförrnigen, entfernter liegenden p-n-überganges. Die Breite des entfernter liegenden p-n-überganges wird sich zunächst nach der Güte des stabförmigen Ausgangskristalls, d. h. nach der radialen Verteilung der Versetzungsdichte in dem Kristall, richten. Jedoch kann bei KristaUstäben, die mit den bisher üblichen Verfahren hergestellt worden sind, die Breite des unteren p-n-Überganges zwischen - 20 -# und - 80 % des Radius des Halbleiterkörpers betragen. Bewährt hat sich eine Breite von 40,% des Radius.
• Die Anbringung der Elektrode an der Zone zwischen den p-n-Übergängen und an der äußeren Halb--leiterzone erfolgt mit besonderem Vorteil an solchen Tlächen, die der ursprünglichen Oberfläche des Halbleiterkörpers in seiner Ausgangsform etwa planparel allel liegen. Es hat sich bewährt, zur Anbringung der Elektroden an den genannten Zonen metallische achsengleiche Ringe zu verwenden.
• Die Zeichnung zeigt in zum.Teil schematischer Darstellung einen Transistor gemäß der Lehre der Erfindung. Mit ihrer Erläuterung wird- zugleich ein bewährtes Herstellungsverfahren beschrieben. Mit 1 ist eine kreisförmige Scheibe aus n-leitendem Silizium bezeichnet. Diese Scheibe wird einer Diffusionsbehandlung derart ausgesetzt, daß zwei Störstellensubstanzen von jeweils einem Leitungstyp gleichzeitig derart eindiffundieren, daß in der Randzone der Scheibe eine n-p-n-Zonenfolge entsteht. Bei Verwendung von p-leitendem Ausgangsmaterial wird eine p-n-p-Zonenfolge hergestellt. Diese Zonenfolge wird auf der Seite 2 der Scheibe 1 entfernt, während auf der anderen Seite die p-Zone 3 und die n-Zone 4 zunächst über die ganze übrige Fläche erhalten bleiben. Die mittlere p-Zone 3 wird mit Hilfe von kreisringförmig aufgedampftern oder aufgelegtem Material, im Beispiel mit Hilfe der Aluminiumringe 5 und 6 im Legierungsverfahren und unter Durchlegieren der oberen n-Zone 4 möglichst sperrfrei kontaktiert. Vorzugsweise wird zur gleichen Zeit die freigelegte Fläche auf der Seite 2 mit einer möglichst sperrfreien Legierungselektrode versehen. Diese ist ini Beispiel mit Hilfe einer Gold-Antimon-Legierung hergestellt, mit der zugleich die als Träger und Wärmeableiter dienende Molybdänscheibe 8 angelötet wird. Sodann wird die obere n-Zone ebenfalls mit Hilfe von kreisringförmig aufgedampftem oder aufgelegtem Material 11, im Beispiel eine Nickel-Blei-Indium-Legierung, im Legierungsverfahren möglichst sperrfrei mit einer Elektrode versehen, jedoch bei einer solchen Temperatur, daß die bei 5, 6 und 7 erzeugten Legierungselektroden festbleiben. Der größte vorgesehene kreisringförrnige Bereich, im Beispiel also zwischen den Ringen 5 und 6, wird abgedeckt, z. B. mit einem Lack, und die restliche Oberfläche des Halbleiterkörpers so weit durch Ätzen abgetragen, daß unter ihr kein p-n-übergang mehr verbleibt. Der untere p-n-übergang9 lieg gt dann bereits, wie ini Bilde dargestellt, gegen die neue Oberfläche des Halbleiterkörpers frei. Der obere p-n-übergang 10 erstreckt sich jetzt noch zwischen den Ringen 5 und 6. In einem weiteren Arbeitsgang wird nun zwischen den Legierungskontakten 5, 6 und 11 der Halbleiterkörper so weit abgetragen, daß der obere p-n-Übergang 10 nur unter dem Legierungskontakt 11 erhalten bleibt.
• Bei der so hergestellten Halbleiteranordnung verbleibt der Halbleiterkörper 1 als Kollektorschicht. Der p-n-übergang 9 ist der Kollektorübergang. Die zwischen den p-n-übergängen. 9 und 10 liegende p-leitende Zone 3 dient als Basiszone und ist mit den anlegierten achsengleichen Ringen 5 und 6 kontaktiert. Die obere Halbleiterzone 4 ist n-leitend und dient als Emitterzone. Sie ist mit der Legierungselektrode 11 kontaktiert.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE-. 1. Elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, insbesondere Transistor oder Vierschichtentriode, mit einem etwa kreisscheibenförmigen, aus einem Kristallstab durch Parallelschnitte senkrecht zur Wachstumsrichtung gewonnenen und mit durch Eindiffusion erzeugten, in je einer anderen Ebene parallel zu einer der beiden ursprünglichen Oberflächen des schei- benförmigen Halbleiterkörpers übereinanderliegenden - p-n-Übergängen versehenen Halbleiterkörper.aus Silizium, Germanium oder einer halbleitenden üitbniietalhschen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die p-n-übergänge in einem kreisringförmigen versetzungsarmen Bereich liegen, dessen Rotationsachse etwa mit der des Halbleiterkörpers übereinstimmt und dessen Breite sich im Mittel symmetrisch zu einem Kreis mit dem halben Radius des Halbleiterkörpers verteilt.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des kreisringförmigen einer der beiden ursprünglichen Oberflächen des scheibenförmigen Halbleiterkörpers am nächsten liegenden p-n-überganges kleiner ist als die Breite des kreisringförmigen, entfernter liegenden p-n-überganges. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des entfernter liegenden p-n-überganges zwischen 20 und 80%, vorzugsweise etwa 40%, des Radius des scheibenförmigen Halbleiterkörpers beträgt. 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbringang der Elektroden an einer Zone zwischen den p-n-Übergängen und an der äußeren Halbleiterzone an Flächen erfolgt, die den ursprünglichen Oberflächen des scheibenfönnigen Halbleiterkörpers etwa planparallel liegen. 5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden an einer Zone zwischen den p-n-Übergängen und an der äußeren Halbleiterzone aus metallischen achsengleichen Ringen bestehen. 6. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichne4 daß in eine kreisförmige Halbleiterscheibe von einem Leitungstyp zwei verschiedenen Leitungstyp bewirkende Störstellensubstanzen so eindiffundiert werden, so daß eine n-p-n- oder p-n-p-Zonenfolge entsteht, daß die so entstandene Zonenfolge an der einen Oberfläche der Halbleiterscheibe entfernt wird, daß die mittlere Zone mit Hilfe von kreisringförmig aufgedampftern oder aufgelegtem Material im Legierungsverfahren und unter Durchlegieren der oberen Zone möglichst sperrfrei kontaktiert wird und daß vorzugsweise zur gleichen Zeit die eine von der Zonenfolge befreite freigelegte ganze Oberfläche der Halbleiterscheibe mit einer möglichst sperrfreien Legierungselektrode versehen wird, daß dann die äußere Zone mit Hilfe von kreisringförmig aufgedampftem oder aufgelegtem Material durch Legieren möglichst sperrfrei kontaktiert wird, daß der kreisringförmige versetzungsarine Bereich der anderen Oberfläche der Halbleiterscheibe in seiner größten vorgesehenen Ausdehnung abgedeckt und die restliche Fläche der anderen Oberfläche des Halbleiterkörpers soweit durch Ätzen abgetragen wird, daß unter ihr kein p-n-übergang mehr verbleibt, und daß schließlich der abgedeckte versetzungsarme Bereich für sich durch Ätzen so weit abgetragen wird, daß der äußere p-n-Übergang nur unter der Legierungselektrode für die äußere Zone erhalten bleibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1034 272, 1035 779; französische Patentschriften Nr. 1162 732, 1167 588; britische Patentschrift Nr. 753 133; USA.-Patentschrift Nr. 2 754 431; Bell Lab. Record, Bd. 33, 1955, Heft 10, S. 374 bis 378.