DE1098617B

DE1098617B - Halbleiteranordnung mit einem p-leitenden Halbleiterkoerper aus einer Ill-V-Verbindung

Info

Publication number: DE1098617B
Application number: DER26765A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Meyerhofer
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1958-11-20
Filing date: 1959-11-20
Publication date: 1961-02-02
Also published as: GB930503A; NL245567A; US2956217A; FR1240303A; US2956216A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem p-leitenden Halbleiterkörper aus einer 111-V-Verbindung und wenigstens einer gleichrichtenden Elektrode, die mit dem Halbleiterkörper verschmolzen ist.

Für die Herstellung von Halbleiteranordnungen, wie Dioden oder Transistoren, wird meistens ein Elementhalbleiter, nämlich Germanium oder SiMzium benutzt. Gewisse binäre feste Verbindungen zeigen gleichfalls Halbleitereigenschaften. Diese Materialien sind unter der Bezeichnung III-V-Verbindungen bekannt, da sie aus einem Element der dritten Reihe und aus einem Element der fünften Reihe des Periodischen Systems bestehen. Beispiele für solche Verbindungen sind Phosphide, Arsenide und Antimonide von Aluminium, Gallium und Indium. Die III-V-Verbindungen haben gewisse Vorteile gegenüber den üblichen Materialien wie Germanium und Silizium, da beispielsweise die Beweglichkeit der negativen Ladungsträger in diesen Verbindungen gewöhnlich viel größer als in Germanium oder Silizium ist. Die Herstellung von einwandfreien Halibleiteranordnungen unter Verwendung dieser Verbindungen ist jedoch schwierig. Eines der bei der Verwendung von III-V-Verbindungen als Halbleitermaterial auftretenden Probleme besteht in der Schwierigkeit, in diesen Materialien gute p-n-Schichten herzustellen. Besonders schwierig ist die Fabrikation von solchen guten gleichrichtenden Kontakten, die bei hohen Temperaturen arbeiten müssen.

Durch die Erfindung ist es möglich, verbesserte gleichrichtende Kontakte für Halbleiter aus III-V-Verbindungen herzustellen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Elektrode aus Zinntellurid oder aus einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn besteht. Diese Elektrode kann auf eine Oberfläche einer monokristallinen, halb-leitenden Scheibe aus einer III-V-Verbindung von p-Laitfähigkeit auflegiert werden. Zinntellurid ergibt einen hervorragenden gleichrichtenden Kontakt. Die Duktilität und die mechanische Festigkeit der Elektrode kann durch Verwendung einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn noch erhöht werden.

Fig. 1 stellt ein Phasendiagramm des Zinn-Tellur-Systems dar;

Fig. 2 a bis 2 d sind schematische Schnittbilder nach aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten bei der Herstellung einer Diode gemäß der Erfindung;

Fig. 3 a bis 3d sind Schnittbilder einer anderen Halbleiteranordnung nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten bei deren Herstellung.

In allen Figuren sind die gleichen Bezugszeichen Halbleiteranordnung

mit einem p-leitenden Halbleiterkörper

aus einer III-V-Verbindung

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1958

Dietrich Meyerhof er, Princeton, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

für miteinander übereinstimmende Bestandteile verwendet.

Man sieht aus Fig. 1, daß die Zusammensetzung, welche den höchsten Schmelzpunkt (von etwa 790° C) hat, der Bildung von Zinntellurid entspricht und etwa 52 Gewichtsprozente Tellur aufweist. Stöchometrisches Zinntellurid enthält 51,8 Gewichtsprozente Tellur. Der Schmelzpunkt von Mischungen von Zinntellurid mit entweder einem Überschuß von Zinn oder einem Überschuß von Tellur bleibt für einen weiten Bereich von Mischungsverhältnissen über 600° C, und zwar von 10 bis 70 Gewichtsprozenten Tellur. Jedoch sind Mischungen von Zinntellurid mit einem Überschuß von Tellur nicht duktil und haben schlechte mechanische Eigenschaften, während durch einen Zusatz eines Überschusses von Zinn zu Zinntellurid die Duktilität und die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert werden. Die Menge des überschüssigen Zinns kann zwischen einigen Gewichtsprozenten und drei Mol Zinn für jedes Mol Zinntellurid variieren. Eine Mischung von Zinntellurid mit Zinn, welche etwa 20 Gewichtsprozente Tellur enthält und bei etwa 700° C schmilzt, hat gute elektrische Eigenschaften und bildet mechanisch feste Trennflächen. Man kann annehmen, daß 'die Mischung aus etwa 40 Gewichtsprozenten Zinntellurid und 60 Gewichtsprozenten Zinn besteht.

Das Herstellungsverfahren einer Diode ist in Fig. 2 dargestellt. Gemäß Fig. 2 a wird ein Halbleiterkörper

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in Form einer Scheibe 10 aus einer monokristallinen Elektrode 18 befestigt werden und der Halbleiterkör-

halbleitenden III-V-Verbindung hergestellt, nämlich per dann montiert und in üblicher Weise in ein Ge-

aus einem Bhosphid, einem Arsenid oder einem Anti- häuse eingebaut wird.

monid von Aluminium, Gallium oder Indium. Der Die so hergestellten Dioden erfüllen ihre Funktion

Halbleiterkörper 10 soll p-leitend sein. Das bei dem 5 auch bei höheren Temperaturen, während dies bei

zu besprechenden Ausführungsbeispiel verwendete Verwendung von Germanium oder Silizium nicht der

Halbleitermaterial war p-Indiumphosphid. Auf die Fall ist. Von wesentlichem Einfluß auf die zulässige

genaue Größe der Scheibe 10 kommt es nicht an. Betriebstemperatur ist die Energielücke zwischen dem

Eine derartige Halbleiterscheibe kann beispielsweise Valenzband und dem Leitungsband. Je größer die

2,5 χ 2,5 mm Fläche besitzen und etwa 0,25 mm dick io Energielücke des verwendeten Halbleitermaterials

sein. ist, desto höher ist die zulässige Betriebstemperatur,

Gemäß Fig. 2b wird eine gleichrichtende Elektrode sofern nicht durch das Elektrodenmaterial eine andere

dadurch hergestellt, daß man auf die eine Seite der Grenze gegeben ist. Wenn jedoch die Energielücke

Scheibe 10 eine Pille 12 aus Zinntellurid oder aus des Halbleitermaterials sehr groß wird, wird das

einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn auflegiert. 15 Halbleitermaterial einem Isolator ähnlich und ist für

Im vorliegenden Beispiel besteht die Pille 12 aus Transistoren nicht mehr verwendbar. Die Energie-

Zinntellurid. Auf die genaue Form der Pille 12 lücke von Germanium beträgt etwa 0,7 Elektronenvolt

kommt es ebenfalls nicht an; sie kann beispielsweise und die meisten Germaniumhalbleiteranordnungen

eine kleine Scheibe, ein Ringoder ein Kügelchen sein. können nun bis etwa 80° C benutzt werden. Solche

Die Pille 12 wird auf die eine Seite der Scheibe 10 20 mit Silizium wagen der höheren Energielücke von

auflegiert oder mit ihr verschmolzen, indem die Pille etwa 1,1 Elektronenvolt können noch bei einer höhe-

auf die Scheibe aufgelegt und diese zusammen mit ren Umgebungstemperatur verwendet werden. Die

der Pille auf eine Temperatur über dem Schmelz- obenerwähnten III-V-Verbindungen sind deshalb vor-

punkt der Pille, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes teilhaft, weil sie Energielücken besitzen, die größer

der Halbleiterscheibe, erhitzt wird. Zinntellurid 25 sind als diejenigen von Germanium oder Silizium,

schmilzt bei etwa 790° C, während Indiumphosphid aber noch innerhalb des Anwendungsbereichs eines

bei etwa 1050° C schmilzt. Es werden dann gute Er- Halbleiters liegen. Indiumphosphid, das oben als ein

gebnisse erzielt, wenn die Legierung in einem Tem- Beispiel für eine III-V-Verbindung genannt wurde,

peraturbereich von einigen Grad oberhalb des hat eine Energielücke von 1,25 Elektronenvolt. Der-

Schmelzpunktes der Elektrodenpille bis einige Grad 30 artige Halbleiteranordnungen mit Indiumphosphid

unterhalb 'des Schmelzpunktes der Halbleiterscheibe können bei Temperaturen bis zu 300° C betrieben

behandelt wird. Die Legierungsbildung findet in werden. Die bei den Anordnungen nach gleichrichten-

Wirklichkeit beim Schmelzpunkt von Zinntellurid den Kontakte der Erfindung sind im ganzen Tempe-

statt. Für beste Ergebnisse sollte die Erhitzung in raturbereich von Zimmertemperatur bis 300° C be-

einer nicht oxydierenden oder reduzierenden Atmo- 35 triebsfähig.

Sphäre, beispielsweise in Wasserstoff oder Formier- Außer einer Diode kann die erfindungsgemäße gas, vorgenommen werden. Im vorliegenden Fall Halbleiteranordnung auch ein Transistor sein. Ein wurde die Pille 12 und die Scheibe 10 in einer Was- solcher besitzt zwei gleichrichtende Elektroden, die serstoffatmosphäre für etwa 10 Minuten über 800° C mit einander gegenüberliegenden Flächen einer Halberhitzt. Die Pille 12 schmilzt und löst etwa den Be- 40 leiterscheibe verschmolzen oder auf diese Flächen aufreich 14 der Halbleiterscheibe dicht unterhalb der legiert sind. Gemäß Fig. 3 a wird eine monokristalline Pille auf. Wenn die Scheibe dann abgekühlt wird, Halbleiterscheibe 30 aus einer der angegebenen halbkristallisiert der Teil 14 wieder, enthält jedoch nicht leitenden Verbindungen hergestellt. Die p-leitende genügend Tellur, um in ein η-Material umgewandelt Scheibe 30 besitzt zwei einander gegenüberliegende zu werden. An der Trennfläche 16 zwischen dem 45 und zueinander parallele Flächen. Im vorliegenden n-Bereich 14 und dem Rest der p-leitenden Scheibe 10 Ausführungsbeispiel wurde p-leitendes Galliumarsenid entsteht ein p-n-Übergang 16. Der zwischen der Zinn- benutzt. Auf die genauen Abmessungen der Scheibe tellurid-Pille 12 und dem p-Indiumphosphid der kommt es nicht an; sie können ebenso gewählt wer-ScheibelO entstehende Kontakt ist mechanisch fest, den, wie an Hand der Fig. 2 erwähnt,
und zwar auch dann, wenn die Oberfläche des Indium- 50 Gemäß Fig. 3 b wird eine gleichrichtende Elektrode phosphide verunreinigt ist. Die Oberfläche der Scheibe dadurch hergestellt, daß mit der einen Seite der 10 kann sodann durch Eintauchen der Scheibe in ein Scheibe eine Pille 32 aus Zinntellurid oder aus einer Ätzmittel gereinigt werden. Eine geeignete Ätzflüs- Mischung von Zinntellurid und Zinn legiert wird. Im sigkeit für halbleitende III-V-Verbindungen besteht vorliegenden Beispiel besteht die Elektrode 32 aus aus gleichen Teilen von Salpetersäure und Salzsäure. 55 einer Mischung von 40 Gewichtsprozenten Zinntellu-

Gemäß Fig. 2c wird eine nicht gleichrichtende oder rid und 60 Gewichtsprozenten Zinn, die bei etwa

ohmische Elektrode dadurch hergestellt, daß man auf 700° C schmilzt. Diese Mischung kann auch als eine

eine Oberfläche der Scheibe 10 eine Pille 18 aus bei- Mischung von Zinn und Tellur mit einem Anteil von

spielsweise Zink oder Kadmium auflegiert oder mit 20 Gewichtsprozenten Tellur aufgefaßt werden. Die

ihr verschmilzt. Die im vorliegenden Fall aus Kad- 60 Pille 32 wird mit der Scheibe 30 durch Erhitzen

mium bestehende Pille 18 wird auf die eine Fläche während etwa 15 Minuten auf etwa 800° C verschmol-

der Halbleiterscheibe dadurch auflegiert, daß sie auf zen. Der Legierungsvorgang wird zweckmäßig in

die Scheibe 10 aufgelegt und mit dieser zusammen einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise in

auf etwa 500° C für etwa 20 Minuten erhitzt wird. Formiergas oder in Wasserstoff, vorgenommen. Der

Dies erfolgt zweckmäßig in einer reduzierenden At- 65 rekristallisierte Teil 33 ist η-leitend. An der Berüh-

mosphäre, beispielsweise in Wasserstoff, um eine rungsfläche dieses η-leitenden Bereichs 33 mit dem

Oxydation der Materialien zu verhindern. übrigen p-leitenden Teil der Halbleiterscheibe 30 ent-

Gemäß Fig. 2d wird die Halbleiteranordnung da- steht der p-n-Übergang 34.

durch fertiggestellt, daß Leitungen 19 und 20 an der Gemäß Fig. 3 c wird ein zweiter p-n-Übergang in

gleichrichtenden Elektrode 12 und der ohmischen 70 gleicher Weise auf der anderen Seite der Scheibe ein-

legiert. Die Pille 36 soll zweckmäßig gerade gegenüber Pille 32 einlegiert werden. Bei derartigen Transistoren wird vorteilhaft die eine Elektrode größer gemacht als die andere und die kleinere Elektrode als Emitter benutzt. Der Bereich 37 der Halbleiterscheibe wird bei der Rekristallisation η-leitend. An der Trennfläche der Zone 37 vom Rest der Halbleiterscheibe entsteht ein p-n-Übergang 38.

Gemäß Fig. 3d wird ein nicht gleichrichtender Basisanschluß 40 mit der Scheibe 30 verlötet. Der Streifen 40 kann aus Nickel oder aus einer Nickellegierung, beispielsweise aus Fernico oder aus Kovar bestehen und mittels Kadmium an die Halbleiterscheibe 30 angelötet werden. Kadmium bildet an der Lötstelle zwischen dem Streifen 40 und der Scheibe 30 ig einen ohmschen Kontakt und schmilzt erst bei hoher Temperatur. Reines Zinn oder gewöhnliches Weichlot läßt sich bei Transistoren für höhere Temperaturen nicht verwenden, da Zinn bei 231° C schmilzt.

Gemäß Fig. 3e wird der Transistor dadurch fertiggestellt, daß die Halbleiterscheibe geätzt wird und dann Leitungen 42, 44 und 46 am Emitter 32, am Kollektor 36 und an dem Basisstreifen 40 befestigt werden.

Außer Indiumphosphid oder Galliumarsenid als Halbleitermaterial können auch alle anderen III-V-Verbindungen, beispielsweise Galliumphosphid, AIuminiumarsenid oder Aluminiumantimonid verwendet werden.

An Stelle von Zinntellurid, das bei Betriebstemperaturen bis etwa 300° C verwendet werden kann, können auch die Telluride von Indium, Gallium oder Blei verwendet werden, jedoch ist Zinntellurid den letztgenannten Telluriden überlegen.

Claims

Patentansprüche·

1. Halbleiteranordnung mit einem p-leitenden aus einer III-V-Verbindung bestehenden Halbleiterkörper und wenigstens einer gleichrichtenden Elektrode, die mit dem Halbleiterkörper verschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektrode aus Zinntellurid oder aus einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn besteht.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einem Phosphid, einem Arsenid oder einem Antimonid von Aluminium, Gallium oder Indium besteht.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine zweite gleichrichtende Elektrode und eine ohmsche Elektrode mit dem Halbleiterkörper verschmolzen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite gleichrichtende Elektrode ebenfalls aus Zinntellurid oder aus einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn besteht.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 mit wenigstens einem p-n-Übergang in einem scheibenförmigen Halbleiterkörper aus einer p-leitenden IH-V-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß der p-n-Übergang durch Auflegen einer Pille aus Zinntellurid oder aus einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn auf den Halbleiterkörper und Erhitzen der Anordnung in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Elektrodenmaterials, aber unterhalb des Schmelzpunktes der halbleitenden Verbindung hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Halbleiterkörper vor dem Erhitzen eine zweite Pille aus Zinntellurid oder aus einer Mischung von Zinntellurid mit Zinn aufgelegt wird, so daß beide p-n-Übergänge gleichzeitig gebildet werden.

6." Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pillen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers einlegiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen