DE1116321B - Verfahren zum Einlegieren der Emitterelektrode eines Transistors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

G23006Vmc/21g

ANMELDETAG: 25. SEPTEMBER 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

2. NOVEMBER 1961

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Emitterelektrode eines Transistors.

Es ist bereits bekannt, zur Erzielung einer großen Leitfähigkeit der Emitterelektrode und zur Herabsetzung von Emitterverlusten an einem Halbleiterkörper aus η-Germanium Indium anzulegieren, dem einige zehntel Gewichtsprozent Gallium oder Aluminium beigemischt sind. Bei einem Transistor mit einem Emitter aus galliumhaltigem Indium nimmt nämlich der Stromverstärkungsfaktor mit zunehmendem Strom viel langsamer als bei einem Transistor mit einem normalen Indiumemitter ab. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Aluminium und Gallium schwieriger als Indium mit dem Germanium legieren. So schmilzt das Gallium im Gegensatz zum Indium bereits bei Raumtemperatur; auch mit anderen Metallen läßt sich das Gallium nur schwer legieren. Aluminium bildet sehr leicht und schnell eine Oxydoberfläche, die beim Legierungsverfahren Schwierigkeiten mit sich bringt. Außerdem bildet Aluminium mit dem Germanium während des Legierungsvorganges ein höchstzerbrechliches Eutektikum, so daß die Durchmischung nur schwierig zu überwachen ist und starke mechanische Beanspruchungen auftreten können. Wenn eine Emitterelektrode mit zwei Aktivatoren von unterschiedlichem Abscheidungskoeffizienten anlegiert werden soll, sind noch weitere Schwierigkeiten zu erwarten, weil innerhalb der Emitterelektrode Bereiche mit sich stetig ändernder Konzentration des einen und/oder des anderen Aktivators sich bilden können, die sich gegenseitig überschneiden, wodurch die elektrischen Eigenschaften des pn-Uberganges oder der gesamten Emitterelektrode nachteilig beeinflußt werden können.

Das Ziel der Erfindung ist daher ein Herstellungsverfahren einer Emitterelektrode an einem Transistor, bei dem zwei Aktivatoren gleichen Leitungstyps, aber mit unterschiedlichen Abscheidungskoeffizienten beteiligt sind, bei dem jedoch der pn-übergang lediglich von dem einen Aktivator erzeugt wird.

Bei einem Verfahren zum Einlegieren der Emitterelektrode eines Transistors mit verbesserter Stromverstärkung bei größeren Kollektorströmen unter Verwendung zweier Aktivatoren mit verschiedenen Abscheidungskoeffizienten und gleichen Leitungstyps wird gemäß der Erfindung zunächst nur der Aktivator mit dem kleineren der beiden Abscheidungskoeffizienten auf an sich bekannte Weise zur Herstellung des pn-Überganges einlegiert, und dann erfolgt das Einlegieren des Aktivators mit dem größeren Abscheidungskoeffizienten derart, daß die beim ersten Verfahren zum Einlegieren
der Emitterelektrode eines Transistors

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. September 1956 (Nr. 612131)

Andrew Peter Kordalewski, Fayetteville, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Legieren gebildete Rekristallisationsschicht nur teilweise gelöst und damit innerhalb des Emitterbereiches eine zweite Rekristallisationsschicht höherer Leitfähigkeit gebildet wird.

Zum besseren Verständnis des Verfahrens gemäß der Erfindung sei dieses an Hand einiger Figuren näher erläutert.

Fig. 1 bis 3 zeigen mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Verfahrensstufen;

Fig. 4 ist die Kennlinie des Stromverstärkungsfaktors in Abhängigkeit vom Kollektorstrom des in Fig. 3 dargestellten Transistors, wenn sich dieser in einer Emitter-Basis-Schaltung befindet.

Eine Halbleiteranordnung 9 mit zwei pn-Übergängen gemäß der Fig. 1 läßt sich dadurch herstellen, daß Indiumpillen 11 und 16 in an sich bekannter Weise in die entgegengesetzten Seitenflächen eines Körpers aus η-Germanium einlegiert werden; hierdurch entstehen rekristallisierte Schichten oder Be-

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reiche 12 und 17 mit p-Leitfähigkeit, die je als Emitterelektrode eines Transistors verwendbar sind.

Wenn die Konzentration an Majoritätsträgern oder Löchern in den p-leitenden Bereichen 12 und 17 erhöht werden soll, wird den Indiumpillen 11 und 16 Gallium oder Aluminium in Form von Tupfen 13 bzw. 18 zugegeben, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist. Da der Abscheidungskoeffizient von Aluminium und Gallium etwa lOOmal größer als derjenige von Indium in Germanium und außerdem die Löslichkeit ίο eine weit größere als die von Indium ist, können Aluminium und Gallium in einer rekristallisierten Zone viel leichter als Indium eingebaut werden, so daß Bereiche mit größerer Leitfähigkeit entstehen.

Anschließend werden in der zweiten Verfahrensstufe die Tupfen 13 und 18 aus Aluminium oder Gallium in die rekristallisierten Bereiche 12 und 17 einlegiert, wobei die Legierungstemperatur um 50° C niedriger als beim ersten Verfahrensschritt gewählt wird. Ebenso wird die Dauer des Legierungs- und Rekristallisationsvorganges merklich kürzer als beim ersten Verfahrensschritt gewählt, so daß nur ein Teil des rekristallisierten Bereiches 12 bzw. 17 geschmolzen wird, während die pn-Übergänge und der Abstand zwischen den Bereichen 12 und 17 unbeeinflußt bleiben.

In Fig. 3 ist die Anordnung 9 nach dem Abschluß des zweiten Verfahrensschrittes wiedergegeben. Neu entstandene Bereiche 14 und 20 sind rekristallisierte p-leitende Zonen, die von Indium- und Aluminium- oder Galliumatomen durchsetztes Germanium erhalten. Während der Abstand der Übergänge zwischen den Bereichen 10 und 12 und zwischen den Bereichen 12 und 14 an sich nicht kritisch ist, soll doch der letzte Übergang vorzugsweise möglichst dicht an dem ersten ausgebildet werden, ohne daß dieser dabei geschädigt wird. Ähnliches gilt für den anderen Emitter mit den Übergängen 10 und 17 bzw. 17 und 20. An den Pillen 15 und 19, in denen das Aluminium oder Gallium einlegiert ist, werden schließlich Ohmsche Kontakte 21 und 22 angebracht. Wenn am Halbleiterkörper 10 ein weiterer Ohmscher Kontakt 23 angebracht wird ist ein Transistor fertig.

Da Aluminium einen größeren Abscheidungskoeffizienten und eine größere Löslichkeit der festen Substanz in Germanium besitzt als Indium, haben die rekristallisierten Gebiete 14 und 20 eine größere Konzentration an Aluminium als die Gebiete 12 und 17 an Indium. Damit stehen mehr Defektelektronen in den Gebieten 14 und 20 zur Verfügung. Daher ist der Wirkungsgrad der Gebiete 12, 14 und 17, 20 als Emitter vergrößert. Da das zweite Legieren bei niedriger Temperatur und in einer kürzeren Zeit durchgeführt wurde, um den pn-übergang, der allein mit Indium einlegiert wurde, unbeeinflußt zu lassen, bleibt die gute Kennlinie des pn-Überganges erhalten.

Fig. 4 zeigt zwei Kurven, in denen der Stromverstärkungsfaktor der Anordnung nach Fig. 3 bei Ausführung als Emitter-Basis-Schaltung über dem zunehmenden Kollektorstrom aufgetragen ist. Eine der Kurven mit der Bezeichnung »Vorwärts« stellt den Verstärkungsfaktor dar, aufgetragen über dem KoI-lekiorstrom, wenn die Gebiete 12 und 14 als Emitter arbeiten. Die andere Kurve mit der Bezeichnung »Rückwärts« gilt für den Stromverstärkungsfaktor über dem Kollektorstrom, wenn die Gebiete 17, 20 als Emitter arbeiten. Es ist zu erkennen, daß der Abfall im Verstärkungsfaktor bei zunehmendem Kollektorstrom nicht sehr groß ist. Der Abfall der Verstärkung bei dieser speziellen Anordnung überschreitet bei einem Kollektorstrom von 20OmA nicht 30% des Maximalwertes. Es ist zu erkennen, daß die Änderungen der Verstärkung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung nahezu gleich sind. Natürlich braucht oft nur in einem der Gebiete 12 oder 17 eine zweite Schicht einlegiert zu werden.

Als spezielles Ausführungsbeispiel wird in Fig. 3 ein p-n-p-Legierungstransistor gezeigt, der dadurch hergestellt wurde, daß zwei Indiumtabletten mit einem Durchmesser von 0,11 cm und einer Dicke von 0,025 cm auf eine Platte von η-leitendem Germanium auflegiert wurden, die einen spezifischen Widerstand von 2 bis 4 Ohm cm und eine Dicke von 0,013 cm hat. Zum Legieren wurde die Temperatur der Germaniumplatte mit den Indiumtabletten stetig von Raumtemperatur bis auf eine maximale Temperatur von 585° C erhöht und dann die Temperatur gleichmäßig auf Raumtemperatur gesenkt. Die Dauer des Heizvorgangs betrug etwa 22 Minuten. Zusätzlich wurden Tabletten aus Indium mit etwa 2% Aluminium auf die zu Anfang verwendeten Indiumtabletten aufgebracht und wieder einlegiert. Beim zweiten Erwärmen wurde die Temperatur gleichmäßig auf 550° C erhöht und für etwa 1 Minute auf diesem Punkt gehalten. Dann ließ man die Temperatur gleichmäßig absinken. Bei dieser Verfahrensstufe entsteht die zweite Rekristallisationsschicht, welche Indium, Germanium und Aluminium enthält. Der Abstand der pn-Übergänge betrug etwa 0,0025 cm, und die den Zonen 12 und 17 in Fig. 4 entsprechenden Gebiete waren etwa 0,00125 cm dick. Die angegebenen speziellen Temperaturen sind nicht kritisch. Der Temperatur-Zeit-Zyklus hängt von der Dicke der verwendeten Germaniumplatte und von der Menge des anfangs verwendeten Indium ab. Die Gesamtmenge an Aluminium, die zugegeben wird, kann zwischen 0,1 und 10°/» der Gesamtmenge von Indium betragen. Diese Werte sind nicht kritisch.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Einlegieren der Emitterelektrode eines Transistors mit verbesserter Stromverstärkung bei größeren Kollektorströmen unter Verwendung zweier Aktivatoren mit verschiedenen Abscheidungskoeffizienten und gleichen Leitungstyps, der dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur der Aktivator mit dem kleineren der beiden Abscheidungskoeffizienten auf an sich bekannte Weise zur Herstellung des pn-Überganges einlegiert wird und dann das Einlegieren des Aktivators mit dem größeren Abscheidungskoeffizienten derart erfolgt, daß die beim ersten Legieren gebildete Rekristallisationsschicht nur teilweise gelöst und damit innerhalb des Emitterbereiches eine zweite Rekristallisationsschicht höherer Leitfähigkeit gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem η-leitenden Halbleiterkörper als Aktivator mit dem kleineren Abscheidungskoeffizienten Indium einlegiert wird, und daß der zweite Aktivator Aluminium oder Gallium ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Aktivator in Form einer Pille an der beim ersten Legieren gebildeten Rekristallisationsschicht angeschmolzen wird und daß das zweite Legieren bei einer um etwa 50° C niedrigeren Temperatur während einer etwas kürzeren Zeitspanne als beim ersten erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Anmeldungsunterlagen zum französischen Patent

Nr. 1126 742;

»Nachrichtentechnische Fachberichte«, Beiheft 1,

1955, S. 31/32;
L. P. Hunter, »Handbook of Semiconductor

Electronics«, New York, 1956, Kap. 7, S. 12.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen