DE1207508B

DE1207508B - Halbleiterbauelement mit sperrfreien Kontakt-elektroden und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE1207508B
Application number: DES54580A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Weisshaar; Dr Otto Gert Folberth
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-08-01
Filing date: 1957-08-01
Publication date: 1965-12-23
Also published as: DE1207508C2

Description

Halbleiterbauelement mit sperrfreien Kontakt-Das Aufbringen von Kontaktelektroden auf Halb- elektroden und Verfahren zum Herstellen leiterkörper bereitete bisher erhebliche Schwierigkeiten. Sie sind in der Hauptsache dadurch bedingt, daß die bisher als Kontaktmaterial verwendeten Stoffe zum Teil thennische Ausdehnungskoeffizienten besitzen, die von den Ausdehnungskoeffizienten der technisch interessanten Halbleiterstoffe erheblich verschieden sind.
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit sperrfreien Kontaktelektroden, bei welchem zwischen einer Kontaktelektrode und dem Halbleiterkörper aus Halbleiterinaterial mit größerer Breite der verbotenen Zone als Germanium eine Zwischenhalbleiterschicht vorgesehen ist, welche den gleichen Leitungstyp, eine größere spezifische Leitfähigkeit, die gleiche oder ähnliche Kristallstruktur und einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die angrenzende Zone des Halbleiterkörpers besitzt und bei dessen Herstellung die obengenannten Schwierigkeiten nicht auftreten.
Halbleiterbauelemente mit Zwischenschichten zwischen dem Halbleiterkörper und den Kontaktelektroden sind bereits bekanntgeworden. So ist es bekannt, auf eine n-leitende Germaniumscheibe eine aus einer Legierung von Germanium, Zinn und Arsen oder einer Legierung von Germanium und Antimon bestehende n-leitende Zwischenschicht aufzubringen.
Ferner sind Halbleiterbauelemente bekannt, die zwischen dem Halbleiterkörper und den Kontaktelektroden Zwischenhalbleiterschichten besitzen, welche den gleichen Leitungstyp, eine größere spezifische Leitfähigkeit, die gleiche Kristallstruktur und einen annähernd gleichen therinischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen wie der Halbleiterkörper. Bei diesen Zwischenhalbleiterschichten handelt es sich um hochdotierte Zonen aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Halbleiterkörper, die im allgemeinen durch Eindiffundieren von Dotierstoff in den Halbleiterkörper erzeugt sind. Durch die hohe Dotierung wird die Verarmung der an den metallischen Kontakt angrenzenden Halbleiterzone an Ladungsträgern weitgehend vermieden und somit die Ausbildung einer gleichrichtend wirkenden Sperrschicht verhindert.
Eine ausreichend hohe Dotierung des Halbleiterkörpers an der Grenzfläche zum Metallkontakt und somit die Herstellung eines sperrfreien Kontaktes mit einer halbleitenden Zwischenschicht aus dem gleichen Halbleitermaterial ist jedoch bei Halbleiterkörpern mit größerer Breite der verbotenen Zone als Germanium oft nur schwer zu erreichen. Die sperrfreie Kontaktierung von Halbleiterbauelementen mit großer Breite der verbotenen Zone bildet somit ein schwieriges technisches Problem.
Bei dem Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung sind diese Schwierigkeiten beseitigt. Das Halbleiterbauelement ist gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Zwischenhalbleiterschicht aus einem anderen Halbleitermaterial mit einer kleineren Breite der verbotenen Zone als das Halbleitermaterial der angrenzenden Zone des Halbleiterkörpers besteht.
Die Ladungsträgerkonzentration ist in Halbleitermateriallen mit kleiner Breite der verbotenen Zone bei Zimmertemperatur an sich schon verhältnismäßig hoch. Durch entsprechende Dotierung kann sie noch gesteigert werden. Beim erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement grenzt also die metallische Stromzuführung an eine Halbleiterzone hoher spezifischei Leitfähigkeit. Man erhält auf diese Weise einen guten sperrfreien Kontakt.
Halbleiterbauelemente mit aneinandergrenzenden Zonen aus verschiedenen Halbleiterinaterialien sind zwar ebenfalls bereits bekanntgeworden, jedoch sind dabei diese Zonen von verschiedenem Leitungstyp. Sie dienen daher nicht zur Herstellung sperrfreier Kontakte, sondern zur Erzeugung gleichrichtender pn-Übergänge.
Bei dem Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung kann der Halbleiterkörper z. B. aus einer halbleitenden AIIIBv-Verbindung und die Zwischenhalbleiterschicht aus einer anderen halbleitenden AIIIB'>'-Verbindung, die sich in der oben angegebenen Weise von dem Material des Halbleiterkörpers unterscheidet, bestehen. Der Halbleiterkörper kann z. B. aus AlSb oder aus GaAs und die Zwischenhalbleiterschicht aus InSb, InAs oder GaSb bestehen. Als weiteres Beispiel sei genannt ein Halbleiterbauelement, dessen Halbleiterkörper aus CdSe und dessen Zwischenhalbleiterschicht aus HgTe oder InSb bestehen. Weiterhin können als Halbleiterkörper das halbleitende Element Silizium und als Material für die Zwischenhalbleiterschicht InSb vorgesehen sein.
Die obcii als Material genannien halbleitenden Verbindungen InSb, InAs und GaSb sind für die Zwischenhalbleiterschicht des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung besonders günstig, da sie eine verhältnismäßig große spezifische Leitfähigkeit und einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die angegebenen Halbleiterkörper aufweisen. Sie ergeben mit den sonst üblichen Kontaktmaterial keinerlei Sperrschichteffekt und sind daher für das Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung besonders geeignet.
Das Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung kann z. B. ein Gleichrichter-, Dioden- oder Transistorelement sein.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Zwischenhalbleiterschichten des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung als Zwischenkontakte verwendet, derart, daß auf diesen eines der bekannten Kontaktmetalle als schichtförmiger Hauptkontakt angebracht ist. Beide Kontaktteile bilden dann eine Kontakteinheit.
Die Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung erfolgt in der Weise, daß die Zw!-schenhalbleiterschichten am Halbleiterkörper angeschmolzen oder auf diesen aufgedampft werden. in gleicher Weise können auch, wenn die Zwischenhalbleiterschichten als Zwischenkontakte im obigen Sinne verwendet werden, die schichtförmigen Hauptkontakte angebracht werden. Weiterhin können diese auch aufgepinselt, eingebrannt oder aufgelötet werden.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Halbleiterbauelemente weisen einwandfreie, sperrfreie Kontakte auf, die sich durch besondere mechanische Stabilität auszeichnen.
Der Aufbau des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt Fig. 1 ein Halbleiterbauelement mit zwei sperrfreien Kontakten mit Zwischenschichten aus halbleitendem Material, F i g. 2 ein Halbleiterbauelement gemäß der Erfliidung, bei dem auf die Zwischenhalbleiterschichten schichtförmige Metallkontakte aufgebracht sind.
In der F i g. 1 sind der Halbleiterkörper mit 1, die beiden halbleitenden Zwischenschichten mit 2 bezeichnet. Der Halbleiterkörper kann z. B. aus n-leitend dotiertem AlSb, die Zwischenhalbleiterschichten können aus niederolimig n-leitend dotiertem InSb hergestellt sein.
In der F i g. 2 bedeutet 11 den Halbleiterkörper, 12 die als Zwischenelektroden dienenden Zwischenschichten aus halbleitendem Material und 13 die schichtfönnigen Hauptkontakte, die aus einem der bekannten Kontaktmetalle, z. B. aus Silber, bestehen können.

Claims

Patentansprüche: 1. Halbleiterbauelement mit sperrfreien Kontaktelektroden, bei welchem zwischen einer Kontaktelektrode und dem Halbleiterkörper aus Halbleiterinaterial mit größerer Breite der verbotenen Zone als Germanium eine Zwischenhalbleiterschicht vorgesehen ist, welche den gleichen Leitungstyp, eine größere spezifische Leitfähigkeit, die gleiche oder ähnliche Kristallstruktur und einen annähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die angrenzende Zone des Halbleiterkörpers besitzt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenhalbleiterschicht aus einem anderen Halbleitermaterial mit einer kleineren Breite der verbotenen Zone als das Halbleiterinaterial der angrenzenden Zone des Halbleiterkörpers besteht.
2. Halbleiterbaueleinent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper und die Zwischenhalbleiterschicht je aus einer AIIIBv-Verbindung bestehen. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch 'gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus AlSb und die Zwischenhalbleiterschicht aus InSb, InAs oder GaSb besteht. 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus GaAs und die Zwischenhalbleiterschicht aus InSb, InAs oder GaSb besteht. 5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus CdSe und die Zwischenhalbleiterschicht aus HgTe oder InSb besteht. 6. Halbleiterbauelement nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium und die Zwischenhalbleiterschicht aus InSb besteht. 7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Zwischenhalbleiterschicht die Kontaktelektrode als Schicht aus einem der bekannten Kontaktmetalle angebracht wird. 8. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhalbleiterschicht auf dem Halbleiterkörper angeschinolzen wird. 9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleite-, bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhalbleiterschicht auf den Halbleiterkörper aufgedampft wird. 10. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode auf die Zwischenhalbleiterschicht aufgedampft, aufgeschmolzen, aufgepinselt, aufgelötet oder eingebrannt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 814 487; schweizerische Patentschrift Nr. 277 131; USA.-Patentschrift Nr. 2 408 116; Elektro-Technik, Bd. 35, 1953, Nr. 45, S. 10; L. P. Hunter, Handbook of Semiconduetor Electronics, 1956, S. 8 bis 15.