DE1199406B - Electric semiconductor component - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
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R 30549 VIII c/21,
15.Juni 1961
26. August 1965R 30549 VIII c / 21,
June 15, 1961
August 26, 1965
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Halbleiterbauelemente mit einem Halbleiterkörper aus einer halbleitenden Verbindung, insbesondere einer III-V-Verbindung, wie den Phosphiden, Arseniden und/oder Antimoniden des Aluminiums, Galliums und/oder Indiums allein oder in Kombination, bei dem mindestens ein Bereich des Halbleiterkörpers einen Überschuß an Verunreinigungsatomen vom p-Typ über Verunreinigungen vom n-Typ enthält.The present invention relates to electrical semiconductor components having a semiconductor body from a semiconducting compound, in particular a III-V compound, such as the phosphides, Arsenides and / or antimonides of aluminum, gallium and / or indium alone or in combination, in which at least one region of the semiconductor body has an excess of impurity atoms p-type via n-type impurities.
Es hat bisher immer noch gewisse Schwierigkeiten bereitet, in Kristallen aus halbleitenden Verbindungen, insbesondere den sogenannten III-V-Verbindungen, einwandfreie pn-Übergänge herzustellen.So far it has still caused certain difficulties, in crystals made of semiconducting compounds, especially the so-called III-V connections to establish perfect pn junctions.
Pn-Übergänge entstehen bekanntlich an der Grenze zwischen einer Zone vom p-Typ und einer Zone vom η-Typ. Der Leitfähigkeitstyp der Zonen wird durch Verunreinigungs- oder Dotierungsstoffe bestimmt, die in geringen Mengen im Halbleitermaterial enthalten sind.Pn junctions are known to arise at the boundary between a p-type zone and a Η-type zone. The conductivity type of the zones is determined by impurities or dopants determined, which are contained in small amounts in the semiconductor material.
Als allgemeine Regel gilt, daß Elemente, die im periodischen System eine Spalte links von einem Elementhalbleiter bzw. dem im periodischen System am weitesten links stehenden Element eines Verbindungshalbleiters stehen, in dem betreffenden Halbleitermaterial p-Leitfähigkeit zu erzeugen vermögen, also als Akzeptoren wirken. Entsprechendes gilt auch für Donatoren, d. h. also Dotierungsstoffe, die dem Halbleitermaterial den n-Leitfähigkeitstyp zu verleihen vermögen. Aus dieser Regel folgt, daß Dotierungsstoffe, die sich für die Elementhalbleiter Germanium und Silicium eignen, nicht für Verbindungshalbleiter, also beispielsweise III-V-Verbindungen eignen. Lithium und Natrium stellen also beispielsweise geeignete Akzeptoren für H-V-Verbindungen dar, sie eignen sich jedoch nicht als Akzeptoren für Germanium und Silicium. Die für Germanium und Silicium gebräuchlichen Akzeptoren Bor, Aluminium, Gallium und Indium können ihrerseits nicht für Il-VI-Verbindungen verwendet werden.As a general rule, elements in the periodic table have a column to the left of an element semiconductor or the element of a compound semiconductor that is furthest to the left in the periodic system are capable of generating p-conductivity in the semiconductor material concerned, so act as acceptors. The same applies to donors, i. H. So dopants that the Ability to give semiconductor material the n-conductivity type. From this rule it follows that dopants, which are suitable for the element semiconductor germanium and silicon are not suitable for compound semiconductors, for example III-V compounds suitable. Lithium and sodium, for example, are suitable acceptors for H-V compounds are, however, they are not suitable as acceptors for germanium and silicon. The ones for germanium and For their part, common silicon acceptors boron, aluminum, gallium and indium cannot be used for II-VI compounds.
Die erstgenannte Regel ist nicht ohne Ausnahmen, so ist es z. B. bekannt, daß Mangan in Germanium und Silicium als Donator wirkt.The first rule is not without exceptions. B. known that manganese in germanium and silicon acts as a donor.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus einer halbleitenden Verbindung, insbesondere einer III-V-Verbindung, wie den Phosphiden, Arseniden und/oder Antimoniden des Aluminiums, Galliums und/oder Indiums allein oder Kombination, bei dem mindestens ein Bereich des Halbleiterkörpers einen Überschuß an Verunreinigungsatomen vom p-Typ über VerunreinigungenThe present invention is based on the object of having an electrical semiconductor component a semiconductor body made of a semiconducting compound, in particular a III-V compound, such as the phosphides, arsenides and / or antimonides of aluminum, gallium and / or indium alone or combination in which at least one region of the semiconductor body has an excess of impurity atoms p-type over impurities
Elektrisches HalbleiterbauelementElectric semiconductor component
Anmelder:Applicant:
Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)Radio Corporation of America,
New York, NY (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
München 23, Dunantstr. 6Munich 23, Dunantstr. 6th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Nissim Almeleh, Somerville, N. J. (V. St. A.)Nissim Almeleh, Somerville, N. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 24. Juni 1960 (38 643)V. St. v. America June 24, 1960 (38 643)
vom η-Typ enthält, dahingehend zu verbessern, daß ein neuartiger Dotierungsstoff angegeben wird, der der halbleitenden Verbindung p-Leitfähigkeit zu verleihen vermag und besonders vorteilhafte Eigenschäften aufweist.contains the η-type to the effect that a novel dopant is specified, the capable of imparting p-conductivity to the semiconducting compound and particularly advantageous properties having.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die im Überschuß vorhandenen Verunreinigungsatome des p-Typs Manganatome sind.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß sich Spuren von Mangan als ausgezeichneter
Dotierungsstoff vom p-Typ, d.h. als Akzeptor in ΙΠ-V-Verbindungen einschließlich der Phosphide,
Arsenide und Antimonide des Aluminiums, Galliums und Indiums verwenden läßt.According to the invention, this is achieved in that the excess p-type impurity atoms are manganese atoms.
Surprisingly, it has been shown that traces of manganese can be used as an excellent p-type dopant, ie as an acceptor in ΙΠ-V compounds including the phosphides, arsenides and antimonides of aluminum, gallium and indium.
Spuren von Mangan wirken auch als Akzeptorverunreinigung in Legierungen oder Mischungen dieser Halbleiterverbindungen, wie (In, Ga) As oder Ga {P, As). Mangan besitzt eine ausreichende Löslichkeit in ΙΠ-V-Verbindungen, so daß Halbleiterkörper aus diesen Werkstoffen mit p-Zonen hergestellt werden können, die einen Überschuß an als Akzeptoren wirkenden Manganatomen über Verunreinigungen vom η-Typ enthalten, der Überschuß kann dabei etwa 1015 bis IQ19 Atome/cm3 betragen. Mangan kann in eine Scheibe aus einer III-V-Verbindung durch Wärmeeinwirkung eindiffundiert werden, oder man kann auf die Oberfläche der Scheibe eine Man-Traces of manganese also act as acceptor impurities in alloys or mixtures of these semiconductor compounds, such as (In, Ga) As or Ga {P, As). Manganese has sufficient solubility in ΙΠ-V compounds so that semiconductor bodies can be produced from these materials with p-zones which contain an excess of manganese atoms acting as acceptors over impurities of the η-type, the excess can be about 10 15 to IQ will be 19 atoms / cm 3 . Manganese can be diffused into a disk made of a III-V compound by the action of heat, or a man-
509 658S81509 658S81
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gan und ein elektrisch inertes metallisches Element gen besteht aus gleichen Volumteilen konzentriertergan and an electrically inert metallic element gen consists of equal parts by volume more concentrated
enthaltende Elektrodenpille auflegieren. Salpetersäure und konzentrierter Flußsäure.Alloy containing electrode pill. Nitric acid and concentrated hydrofluoric acid.
Die Erfindung soll nun an Hand von Beispielen Die Einrichtung wird vervollständigt durch dasThe invention will now be based on examples. The device is completed by the
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Anbringen eines Zuführungsdrahtes 15 an der Pillein connection with the drawing explained in more detail attaching a feed wire 15 to the pill
werden. Dabei bedeuten 5 11 und durch einen ohmschen Anschluß 16 an diewill. 5 mean 11 and through an ohmic connection 16 to the
Fig. la bis Id Querschnittsansichten zur Veran- Scheibe 10. Bei diesem Beispiel bestand der An-Fig. La to Id cross-sectional views of the Veran disc 10. In this example, there was an
schaulichung aufeinanderfolgender Schritte bei der Schluß 16 aus einem Zinntelluridstreifen, der in dieIllustration of successive steps in the end 16 from a tin telluride strip, which is in the
Herstellung einer legierten Flächendiode, Scheibe durch Erhitzen von Scheibe 10 und StreifenProduction of an alloyed planar diode, disk by heating disk 10 and strips
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Punktkon- 16 für ungefähr 20 Minuten auf 500° C ange-2 shows a cross section through a point con - 16 for about 20 minutes at 500 ° C.
takttransistor, io schmolzen wurde. Die Erhitzung erfolgt vorzugs-clock transistor, io was melted. The heating takes place preferentially
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen legierten weise in einer reduzierenden Atmosphäre, wie Was-Fig. 3 shows a cross section through an alloyed manner in a reducing atmosphere, such as water
Flächentransistor und serstoff, um eine Oxydation der Werkstoffe zu ver-Surface transistor and hydrogen to prevent oxidation of the materials
Fig. 4a bis 4f Schnittansichten zur Veranschau- hindern. Der Kontakt zwischen dem Zinntellurid-4a to 4f are sectional views to prevent viewing. The contact between the tin telluride
lichung aufeinanderfolgender Schritte eines Diffu- streifen 16 und der Galliumarsenidscheibe 10 istThe establishment of successive steps of a diffuse strip 16 and the gallium arsenide disk 10 is
sionsverfahrens zur Herstellung einer Halbleiterein- 15 ohmisch, d. h. nicht gleichrichtend. Anschließendsion process for the production of a semiconductor unit 15 ohmic, d. H. not rectifying. Afterward
richtung unter Verwendung von Mangan. wird die Einheit in bekannter Weise montiert unddirection using manganese. the unit is mounted in a known manner and
In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen gekapselt.In the drawings, the same parts are encapsulated with the same.
Bezugszeichen versehen worden. Die so hergestellten Dioden besitzen den Vorzug,Reference numerals have been provided. The diodes produced in this way have the advantage
Der Halbleiterkörper oder die Halbleiterscheibe, daß sie bei höheren Temperaturen betrieben werdenThe semiconductor body or the semiconductor wafer means that they are operated at higher temperatures
die für die Zwecke dieser Erfindung verwendet wer- so können als vergleichbare Dioden, die Germaniumwhich can be used for the purposes of this invention as comparable diodes, the germanium
den, bestehen aus einem Einkristall einer IIII-V-Ver- oder Silicium als Halbleiterwerkstoff enthalten. Dieden, consist of a single crystal of a IIII-V-Ver or contain silicon as a semiconductor material. the
bindung, nämlich einem Phosphid, einem Arsenid Betriebstemperatur von Halbleiterbauelementen istbond, namely a phosphide, an arsenide operating temperature of semiconductor components
oder Antimonid des Aluminiums, Galliums oder begrenzt, da bei höheren Temperaturen genügendor antimonide of aluminum, gallium or limited, since sufficient at higher temperatures
Indiums. Der Halbleiterkörper sollte η-leitend sein. Ladungsträger eine ausreichende Energie besitzen,Indiums. The semiconductor body should be η-conductive. Charge carriers have sufficient energy,
Bei dem dargestellten Beispiel besteht die Halbleiter- 25 um vom Valenzband in das Leitungsband gelangenIn the example shown, the semiconductor consists of 25 µm from the valence band to the conduction band
scheibe 10 in der F i g. 1 a aus η-leitendem Gallium- zu können, wodurch dann die Betriebswerte desdisk 10 in FIG. 1 a made of η-conductive gallium, which then reduces the operating values of the
arsenid. Die Abmessungen der Scheibe sind nicht kri- Bauelementes verschlechtert werden. Je größer diearsenide. The dimensions of the disc are not critical to the component. The bigger the
tisch, typische Werte sind ungefähr 2,5-2,5-0,25 mm. Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials ist,table, typical values are around 2.5-2.5-0.25 mm. Is the band gap of the semiconductor material used,
Gemäß der Fig. Ib wird auf die eine Hauptfläche um so höher ist die zulässige Betriebstemperatur,According to Fig. Ib, the higher the permissible operating temperature is on one main surface,
der Scheibe 10 eine Elektroden- oder Dotierungspille 3° vorausgesetzt, daß die Elektroden des Baulementesthe disc 10 an electrode or doping pill 3 ° provided that the electrodes of the component
11 aufgelegt. Die Pille 11 besteht aus einer Legie- wirksam bleiben. Wird die Bandlücke eines HaIb-11 launched. The pill 11 consists of an alloy remaining effective. If the band gap of a half
rung von mindestens 0,1 Gewichtsprozent Mangan leitermaterials jedoch zu groß, so wird der Werk-If at least 0.1 percent by weight of manganese conductor material is too large, the factory will
mit einem Metall, das gegenüber dem Halbleiterkör- stoff in seinen Eigenschaften einem Isolator ähnlichwith a metal that has properties similar to that of an insulator when compared to the semiconductor material
per 10 elektrisch inert ist. Das inerte Metall ist vor- und ist damit schlecht für Halbleiterbauelemente,by 10 is electrically inert. The inert metal is pre- and is therefore bad for semiconductor components,
zugsweise weicher und hat einen niedrigeren 35 wie Transistoren, geeignet. Der Bandabstand beträgtpreferably softer and has a lower 35 like transistors, suitable. The band gap is
Schmelzpunkt als Mangan. Geeignete Metalle für bei Germanium ungefähr 0,7 eV, und die meistenMelting point as manganese. Suitable metals for germanium around 0.7 eV, and most
diesen Zweck sind Gold, Silber u. dgl. Im vorliegen- Halbleiterbauelemente mit Germanium werden ober-this purpose is gold, silver and the like. In the present semiconductor components with germanium are
den Falle bestand die Pille 11 aus einer Legierung halb von 80° C funktionsfähig. Der BandabstandIn the case of the trap, pill 11 was made of an alloy half functional at 80 ° C. The band gap
aus 1 Gewichtsprozent Mangan mit 99 Gewichts- im Silicium beträgt schätzungsweise etwa 1,1 eV.from 1 weight percent manganese with 99 weight percent in silicon is estimated to be about 1.1 eV.
prozent Gold. Die Form der Pille 11 ist nicht 4° Die obenerwähnten Ill-V-Verbindungen eignenpercent gold. The shape of pill 11 is not 4 ° The above III-V compounds are suitable
wesentlich, es kann ein Ring, ein Kügelchen oder, sich gut für Halbleiterbauelemente, da die Band-essential, it can be a ring, a bead or, which is good for semiconductor components, since the band
wieinFig. 1 b dargestellt ist, eine kleine Scheibe sein. lücke bei ihnen größer ist als bei Germanium oderas in Fig. 1 b is shown to be a small disc. gap with them is larger than with germanium or
Die Pillell wird mit der Scheibe 10 durch Er- Silicium, aber immer noch in einer für Halbleiterhitzen der auf die Scheibe aufgelegten Pille auf eine bauelemente brauchbaren Größenordnung liegt. Der Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Halb- 45 Bandabstand bei Galliumarsenid beträgt 1,35 eV. leiterscheibe, jedoch oberhalb des Schmelzpunktes Bauelemente mit Galliumarsenid als Halbleiterwerkder Pille oder des Eutektikums der Werkstoffe von stoff können bei Temperaturen bis zu 400° C betrie-PiIIe und Scheibe, wenn dieses niedriger liegt, auf- ben werden. Es hat sich gezeigt, daß die nach dem legiert. Die Erhitzung erfolgt vorzugsweise im Va- hier beschriebenen Verfahren hergestellten gleichkuum oder in einer nicht oxydierenden Atmosphäre. 50 richtenden Kontakte im ganzen Temperaturbereich Reduzierende Atmosphären, wie Wasserstoff oder zwischen Zimmertemperatur und 300° C brauchbar Formiergas, geben ebenfalls zufriedenstellende Er- bleiben.The pellet is connected to the wafer 10 by Er-silicon, but still in one for semiconductor heating the pill placed on the disc is of a size that is useful for components. Of the Temperature below the melting point of the half-band gap for gallium arsenide is 1.35 eV. conductor disc, but above the melting point components with gallium arsenide as a semiconductor plant Pill or the eutectic of the materials of substance can be operated at temperatures of up to 400 ° C and disc, if this is lower, will be abandoned. It has been shown that after the alloyed. The heating is preferably carried out in the same vacuum produced in the method described here or in a non-oxidizing atmosphere. 50 directing contacts in the whole temperature range Reducing atmospheres such as hydrogen or between room temperature and 300 ° C are useful Forming gas, also give satisfactory retention.
gebnisse. Hier wurde die mit der Pillell belegte Durch das hier beschriebene Verfahren können Scheibe 10 in einer Formiergasatmosphäre etwa auch andere Bauelemente, wie Transistoren, her-2 Minuten auf 650° C erhitzt. Hierbei löst die Pille 55 gestellt werden. Derartige Einrichtungen enthalten den angrenzenden Teil der Scheibe 10. Beim Abküh- eine Anzahl von Elektroden in Kontakt mit der len rekristallisiert der gelöste Teil der Scheibe als Oberfläche eines Körpers aus einer halbleitenden Zone 12 in der Fig. Ic unmittelbar unterhalb der III-V-Verbindung; es kann sich um Punktkontakt-Pille 11. Der rekristallisierte Bereich 12 der Scheibe anordnungen, um oberflächenlegierte Typen, Diffuenthält genügend Manganatome, um p-leitend zu 60 sionssperrschichttypen oder Kombinationen davon werden. An der Übergangs- oder Grenzfläche handeln.results. Here the with the Pillell was occupied by the procedure described here can Disc 10 in a forming gas atmosphere also produces other components, such as transistors, for example Heated to 650 ° C for minutes. This triggers the pill 55 to be placed. Such facilities included the adjacent part of the disc 10. When cooling, a number of electrodes in contact with the len recrystallizes the loosened part of the disk as the surface of a body made of a semiconducting Zone 12 in FIG. 1c immediately below the III-V connection; it can be point contact pill 11. The recrystallized area 12 of the disc assemblies to contain surface alloy types, diffuse enough manganese atoms to make p-type ion barrier types or combinations thereof will. Act on the transition or interface.
zwischen dem rekristallisierten Bereich 12 und der Die F i g. 2 zeigt einen Kontakttransistor mit einer n-Ieitenden Masse der Scheibe 10 entsteht eine Basisscheibe 20 aus einer halbleitenden III-V-Vergleichgerichtete Übergangszone 14, die im allge- bindung, die mit einer ausreichenden Menge Mangan meinen als pn-übergang bezeichnet wird. An- 65 (ungefähr 1015 bis 1019 Manganatome/cm3) dotiert schließend kann die Oberfläche der Scheibe 10 wurde, so daß sie p-leitend ist. Die Halbleiterscheibe durch Eintauchen in eine Ätzlösung gereinigt wer- 20 kann beispielsweise aus Indiumphosphid bestehen, den. Eine geeignete Ätzlösung für III-V-Verbindun- das durch direktes Verschmelzen stöchiometrischerbetween the recrystallized area 12 and the die F i g. 2 shows a contact transistor with an n-conducting mass of the pane 10, a base pane 20 is created from a semiconducting III-V comparison-oriented transition zone 14, which is generally referred to as a pn junction, which means a sufficient amount of manganese. Then 65 (approximately 10 15 to 10 19 manganese atoms / cm 3 ) doped, the surface of the disk 10 can be so that it is p-conductive. The semiconductor wafer can be cleaned by immersion in an etching solution, for example, made of indium phosphide, the. A suitable etching solution for III-V compounds by direct fusion of stoichiometric
5 65 6
Mengen gereinigten Indiums und gereinigten Phos- tenden Rest, der Hauptmasse der Scheibe 40, bildetAmounts of purified indium and purified phosphorus residue, the main mass of the disk 40, forms
phors in einer Quarzampulle hergestellt wurde. Wenn sich ein pn-übergang 42.phors was made in a quartz ampoule. If there is a pn junction 42.
Ill-V-Verbindungen auf diese Weise hergestellt Wie die Fig. 4c zeigt, wird die das eindiffundierte werden, sind sie normalerweise η-leitend. Ein Zusatz Mangan enthaltende Schicht 41 von der einen Haupteiner kleinen Menge Mangans, etwa in der Größen- 5 fläche der Scheibe 40 durch Läppen entfernt. Auf die Ordnung von 0,01 Gewichtsprozent, zu den Stoffen geläppte Fläche wird eine Zinnschicht 43 aufgein der Ampulle reicht aus, die entstehende III-V- dampft, und über das Zinn wird eine Nickelschicht Verbindung p-leitend zu machen. An einer Fläche 44 plattiert. Die zwei Metallschichten werden dann der Scheibe 20 wird ein elektrischer Anschlußleiter gesintert, indem die Scheibe 40 in einer Wasserstoff-26 angebracht. Die Leitung 26 ist bei diesem Beispiel io atmosphäre 5 Minuten auf 600° C erhitzt wird. Die ein Kadmiumstreifen, der einen ohmschen Kontakt entstehende Sinterschicht dient als ohmscher Anmit dem p-leitenden Indiumphosphid bildet. Auf die schluß. Die Scheibe 40 wird nun mit einem Diamangegenüberliegende Oberfläche der Scheibe20 werden ten in eine Anzahl von Plättchen40' (Fig. 4d) zerzwei verhältnismäßig harte, zugespitzte Metalldrähte teilt. Die genaue Größe der Plättchen ist nicht 22, 24 gedrückt. Die Enden der Drähte 22, 24 sind 15 wesentlich, diese waren bei dem vorliegenden Beispiel meißelartig angeschärft, um die Kontaktfläche zwi- jeweils etwa 3,2 mm lang und 0,2 mm breit. Die sehen den Drähten und der Scheibe möglichst klein Plättchen 40 werden einzeln so auf ein Glasscheibzu halten. Die Drähte 22, 24 können beispielsweise chen 45 montiert, daß die p-leitende, das diffundierte aus Wolfram bestehen und sind vorzugsweise nahe Mangan enthaltende Schicht oben liegt, wie Fig. 4d benachbart, der Abstand ihrer Berührungspunkte mit 20 zeigt. Zum Befestigen der aus Ill-V-Verbindungen der Scheibe beträgt etwa 12,5 μ. Einer der Drähte bestehenden Plättchen auf der Glasscheibe hat sich kann als Emitterelektrode, der andere als Kollektor- am besten Apiezon-Wachs bewährt. Der Deutlichkeit elektrode dienen, während der ohmsche Anschluß26 halber wurde der Maßstab der Fig. 4d bis 4f verden Basisanschluß des Bauelementes bildet. größert.III-V connections made in this way As Fig. 4c shows, the diffused in they are usually η-conductive. An additive layer 41 containing manganese from one main one a small amount of manganese, about the size of the disk 40, removed by lapping. On the Order of 0.01 percent by weight, a layer of tin 43 is applied to the surface lapped to the fabrics the ampoule is sufficient, the resulting III-V- vaporizes, and a layer of nickel is deposited over the tin Make connection p-conductive. Clad on surface 44. The two metal layers are then An electrical connecting conductor is sintered to the disk 20 by placing the disk 40 in a hydrogen 26 appropriate. In this example, the line 26 is heated to 600 ° C. for 5 minutes at 10 atmospheres. the a cadmium strip, the sintered layer resulting from an ohmic contact, serves as an ohmic anmit the p-type indium phosphide. In the end. The disc 40 is now opposed to a diamond The surface of the disc 20 is torn into a number of platelets 40 '(Fig. 4d) divides relatively hard, pointed metal wires. The exact size of the platelets is not 22, 24 pressed. The ends of the wires 22, 24 are 15 essential, these were in the present example Sharpened like a chisel, around the contact area between about 3.2 mm long and 0.2 mm wide. the See the wires and the disk as small as possible. The platelets 40 are individually so on a glass sheet keep. The wires 22, 24 can for example be mounted 45 that the p-type, the diffused consist of tungsten and are preferably close to the manganese-containing layer on top, as in Fig. 4d adjacent, the distance between their points of contact with 20 shows. For attaching the III-V connections of the disk is about 12.5 μ. One of the wires existing on the glass plate has become can be used as an emitter electrode, the other as a collector - best Apiezon wax. The clarity Serve electrode, while the ohmic connection26 sake the scale of Fig. 4d to 4f was verden Forms base connection of the component. increases.
Der in der F i g. 3 dargestellte oberflächenlegierte 35 Ein kleiner Bereich auf der oberen Fläche desThe one shown in FIG. 3 surface alloy 35 A small area on the top surface of the
Transistor besteht aus einer halbleitenden Basis- Plättchens 40' wird mit einer Maske 46, beispiels-The transistor consists of a semiconducting base plate 40 'is covered with a mask 46, for example
scheibe 30 aus einer III-V-Verbindung, wie Indium- weise aus Apiezon-Wachs, abgedeckt. Bei diesemDisk 30 made of a III-V compound, such as indium from Apiezon wax, covered. With this one
phosphid, Indiumarsenid, Galliumarsenid, Alumi- Beispiel war die abgedeckte Fläche ein Kreis mitphosphide, indium arsenide, gallium arsenide, alumi- Example the area covered was a circle with
niumphosphid u. dgl. Bei diesem Beispiel bestand die ungefähr 0,76 mm Durchmesser. Der frei liegendenium phosphide, and the like. In this example, this consisted of approximately 0.76 mm in diameter. The exposed one
Scheibe 30 aus η-leitendem Galliumarsenid. Geeignete 30 Teil der oberen Fläche des Plättchens 40' um dieDisk 30 made of η-conductive gallium arsenide. Appropriate 30 parts of the top surface of the lamina 40 'around the
Abmessungen der Scheibe 30 sind 5-5-0,15 mm. Abdeckung 46 herum wird dann mit einer Nickel-Dimensions of the disk 30 are 5-5-0.15 mm. Cover 46 is then around with a nickel
Mit gegenüberliegenden Flächen der Scheibe 30 schicht 47 plattiert.With opposite faces of the disk 30 layer 47 plated.
werden koaxial gelegene Elektrodenpillen 31,32 auf- Nun wird gemäß Fig. 4e die Maske46 entfernt, legiert, indem die Anordnung aus Pillen und Scheibe und ein Bereich auf der oberen Stirnseite des Plättin einer nicht oxydierenden Atmosphäre ungefähr 35 chens40' wird mit einer Ätzschutzschicht 48, bei-5 Minuten auf 650° C erhitzt wird. Die Elektroden- spielsweise Paraffinwachs u. dgl., abgedeckt. Die pillen 31,32 bestehen aus 1 Gewichtsprozent Mangan Ätzschutzschicht 48 bedeckt eine Fläche, die konzen- und 99 Gewichtsprozent Gold. Nach dem Erkalten trisch zu der vorher durch die Maske 46 abgedeckten der Anordnung bilden sich rekristallisierte Bereiche Fläche liegt, jedoch etwas größer ist als letztere. Bei 38, 39 direkt unterhalb und im Anschluß an die 40 diesem Beispiel war die durch die Schicht 48 abge-Pillen 31 bzw. 32. Die rekristallisierten Bereiche deckte Fläche ungefähr 1,9 mm lang und 0,76 mm 38, 39 enthalten genügend Manganatome, um breit. Die Einheit wird dann so geätzt, daß eine p-leitend zu sein. An der Grenzfläche zwischen den etwa 38 μ dicke Schicht von den frei liegenden Teilen rekristallisierten Bereichen 38, 39 vom p-Typ und des Plättchens 40 abgeätzt wird und eine Erhöhung der η-leitenden Hauptmasse der Scheibe bilden sich 45 49 in Form einer Mesa-Struktur unterhalb der Ätzgleichrichtende Potentialschwellen 33, 34 in der Art schutzschicht 48 stehenbleibt. Eine geeignete Ätzvon pn-Übergängen. Zur Vervollständigung der Ein- lösung besteht aus einer Mischung von gleichen richtung werden an den Pillen 31, 32 Zuführungs- Volumteilen konzentrierter Salpetersäure und kondrähte 35 bzw. 37 und an der Scheibe 30 ein ohm- zentrierter Flußsäure.coaxially located electrode pills 31,32 are then removed according to FIG. 4e, the mask 46, alloyed by the arrangement of pills and disk and an area on the upper face of the platinum a non-oxidizing atmosphere about 35 chens40 'is covered with an anti-etch layer 48, at -5 Minutes to 650 ° C is heated. The electrodes, for example paraffin wax and the like, are covered. the pills 31,32 consist of 1 percent by weight manganese anti-etching layer 48 covers an area which is concentrated and 99 weight percent gold. After cooling, trisch to the previously covered by the mask 46 the arrangement is formed by recrystallized areas, but is slightly larger than the latter. at 38, 39 directly below and following the 40 of this example was the pills through layer 48 31 and 32, respectively. The recrystallized areas covered area approximately 1.9 mm long and 0.76 mm 38, 39 contain enough manganese atoms to be broad. The unit is then etched so that a to be p-type. At the interface between the approximately 38 μ thick layer of the exposed parts recrystallized areas 38, 39 of the p-type and of the lamina 40 is etched away and an elevation 45 49 of the η-conducting main mass of the disk are formed in the form of a mesa structure below the etch rectifying end Potential thresholds 33, 34 in the form of protective layer 48 remain. A suitable etching of pn junctions. To complete the redemption consists of a mixture of equals Direction will be on the pills 31, 32 supply volumes of concentrated nitric acid and condwires 35 or 37 and on the disk 30 an ohm-centered hydrofluoric acid.
scher Anschluß36 angebracht. Anschließend wird 50 Wie die Fig. 4f zeigt, wird das Plättchen40'vonshear connection36 attached. Subsequently, as shown in FIG. 4f, the platelet 40 'is
das System in bekannter Weise geätzt, gekapselt und dem Glasscheibchen 45 durch schwaches Erwärmenthe system is etched in a known manner, encapsulated and the glass pane 45 by gentle heating
vergossen. abgelöst, und die Ätzschutzschicht 48 wird durch einshed. peeled off, and the etch protection layer 48 is through a
Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Verfahren organisches Lösungsmittel, wie Trichloräthylen, abwird eine monokristalline Scheibe 40 aus einer halb- gewaschen. Als nächstes wird auf den frei liegenden leitenden III-V-Verbindung mit zwei gegenüber- 55 Teil des mit Mangan diffundierten Bereiches 41 eine liegenden Hauptflächen hergestellt, wie sie Fig. 4a Emitterelektrode50 auflegiert. Die Elektrode 50 bezeigt. Bei diesem Beispiel besteht die Scheibe 40 aus stand hier aus einem Zinnklümpchen von ungefähr η-leitenden Galliumarsenid und ist etwa 12,7 mm 0,38 mm Durchmesser und 0,127 mm Dicke. Das lang, 6,35 mm breit und 0,38 mm dick. Verschmelzen erfolgte in einer Wasserstoff atmosphäreIn the process shown in FIG. 4, organic solvent such as trichlorethylene is removed a monocrystalline disk 40 from a half-washed. Next is on the exposed conductive III-V connection with two opposite 55 part of the area 41 diffused with manganese Lying main surfaces produced, as they are alloyed in Fig. 4a emitter electrode 50. The electrode 50 shows. In this example, the disk 40 consists of a lump of tin approximately η-conductive gallium arsenide and is approximately 12.7 mm, 0.38 mm in diameter and 0.127 mm in thickness. That long, 6.35 mm wide and 0.38 mm thick. Fusion took place in a hydrogen atmosphere
Die Scheibe 40 wird in einer evakuierten Ampulle 60 durch Erhitzen der Anordnung aus Plättchen 40' und zusammen mit ungefähr 15 mg Mangan etwa 10 Mi- Klümpchen 50 für etwa 2 Minuten auf 550° C. Auf nuten auf 900° C erhitzt. Dabei diffundiert eine aus- gleiche Weise wird ein Basisanschluß hergestellt, inreichende Menge Mangan in die Scheibe ein, um dem ein Bleiklümpchen 52 auf die Nickelschicht 47 eine p-Ieitende Oberflächenschicht41 (Fig. Ib) zu aufgeschmolzen wird, die die Emitterelektrode 50 bilden. Unter den genannten Bedingungen wird die 65 umgibt. Ein Platindraht 51 wird an der Emitterelek-Diffusionsschicht 41 ungefähr 12,5 μ dick. An der trode und ein weiterer Draht 53 am Basiskontakt 52 Grenzfläche zwischen der das eindiffundierte Mangan angebracht. Der Kollektorkontakt wird mittels eines enthaltenden, p-leitenden Schicht 41 und dem n-lei- Bleilotes zwischen der gesinterten Schicht 44 undThe disk 40 is in an evacuated ampoule 60 by heating the arrangement of platelets 40 'and together with about 15 mg of manganese, about 10 mi lumps 50 for about 2 minutes to 550 ° C Nuts heated to 900 ° C. A base connection diffuses in the same way, and a base connection is produced in sufficient quantities Put manganese in the disk to put a lead 52 on the nickel layer 47 a p-conducting surface layer 41 (Fig. Ib) is melted, which the emitter electrode 50 form. Under the conditions mentioned, the 65 will surrounds. A platinum wire 51 is attached to the emitter-electrode diffusion layer 41 approximately 12.5 microns thick. At the trode and another wire 53 at the base contact 52 Interface between which the diffused manganese is attached. The collector contact is made by means of a containing, p-conductive layer 41 and the n-lei lead solder between the sintered layer 44 and
dem Metallgehäuse hergestellt, in dem die Einrichtung anschließend gekapselt wird. Das Vergießen und dichte Kapseln des Systems kann in bekannter Weise durchgeführt werden.the metal housing in which the device is then encapsulated. The shedding and tight capsules of the system can be done in a known manner.
Obgleich oben Ausführungsbeispiele unter Verwendung von Galliumarsenid und Indiumphosphid als Halbleitermaterialien beschrieben wurden, wurden diese Stoffe nur beispielsweise gewählt; andere Verbindungen können ebenso verwendet werden. Die Erfindung ist praktisch auf alle anderen Glieder der aus den Phosphiden, Arseniden und Antimoniden des Aluminiums, Galliums und Indiums bestehenden Gruppe anwendbar, wie Galliumsphosphid, AIuminiumarsenid und Alumimumantimonid, ebenso wie auf Mischungen dieser Verbindungen. Nach dem hier beschriebenen Verfahren können aus diesen Werkstoffen auch andere Halbleitereinrichtungen hergestellt werden, die mindestens eine p-Zone enthalten, deren wirksamer Akzeptor aus Manganatomen besteht. Es können auch andere Zusammensetzungen ao für die Elektrodenpillen verwendet werden, beispielsweise Mangan-Silber-Legierungen oder andere Mangan-Gold-Legierungen mit bis zu 5 Gewichtsprozent Mangan.Although above embodiments using gallium arsenide and indium phosphide were described as semiconductor materials, these substances were chosen as examples only; other Connections can also be used. The invention is practically applicable to all other members of the consisting of the phosphides, arsenides and antimonides of aluminum, gallium and indium Group applicable, such as gallium phosphide, aluminum arsenide and aluminum antimonide, as well as mixtures of these compounds. After this The methods described can also be used to produce other semiconductor devices from these materials which contain at least one p-zone, the effective acceptor of which consists of manganese atoms. Other compositions can also be used for the electrode pills, for example Manganese-silver alloys or other manganese-gold alloys with up to 5 percent by weight Manganese.
Einrichtungen aus halbleitenden Verbindungen haben außer den höheren Betriebstemperaturen noch andere Vorzüge. Eine wichtige Halbleiterkenngröße ist beispielsweise die Beweglichkeit der Ladungsträger in dem Halbleiterwerkstoff. Die Trägerbeweglichkeit ist in einigen der obenerwähnten III-V-Verbindungen beträchtlich höher als in Germanium oder Silicium. Die Elektronenbeweglichkeit in Galliumarsenid ist beispielsweise mindestens 600 Cm3ZV-Vs-1, so daß sich hier die Vorzüge einer größeren Trägerbeweglichkeit als in Germanium und einer größeren Bandlücke als in Silicium vereinen.Devices made of semiconducting compounds have other advantages besides the higher operating temperatures. An important semiconductor parameter is, for example, the mobility of the charge carriers in the semiconductor material. The carrier mobility is considerably higher in some of the III-V compounds mentioned above than in germanium or silicon. The electron mobility in gallium arsenide is, for example, at least 600 cm 3 ZV - Vs- 1 , so that the advantages of a greater carrier mobility than in germanium and a larger band gap than in silicon are combined here.
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