DE1260032B - Verfahren zur Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht in einem Halbleiterscheibchen - Google Patents

Verfahren zur Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht in einem Halbleiterscheibchen

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DE1260032B
DE1260032B DER35142A DER0035142A DE1260032B DE 1260032 B DE1260032 B DE 1260032B DE R35142 A DER35142 A DE R35142A DE R0035142 A DER0035142 A DE R0035142A DE 1260032 B DE1260032 B DE 1260032B
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Herbert Nelson
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1260 032
Aktenzeichen: R 35142 VIII c/21g
Anmeldetag: 9. Mai 1963
Auslegetag: 1. Februar 1968
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht in einem Halbleiterscheibchen durch Herstellen eines Legierungsmetalls, welches zwei Aktivatoren verschiedenen Vorzeichens und ein Halbleitermaterial, das die gleiche Kristallgitterstruktur mit entsprechenden Gitterkonstanten aufweist wie das des Scheibchens, enthält, sowie durch getrenntes Erhitzen des Scheibchens und des Legierungsmetalls auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Legierungsmetalls, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Scheibchens, Überfluten der Scheibchenoberfläche mit dem schmelzflüssigen Legierungsmetall, Abkühlen des Scheibchens mit dem schmelzflüssigen Metall zwecks Bildung aufeinanderfolgender Rekristallisationsschichten auf der Scheibchenoberfläche, und anschließendes Abgießen des Restes des schmelzflüssigen Metalls.
Im Gegensatz zu Halbleiterbauelementen vom Punktkontakt- und Linienkontakttyp sind bei Flächenhalbleiterbauelementen die gleichrichtenden Sperrschichten (pn-Übergänge) großflächig ausgebildet. Halbleiterbauelemente dieses letzteren Typs werden üblicherweise nach dem Ziehverfahren, dem Diffusionsverfahren oder dem Legierungsverfahren hergestellt. Gezogene Sperrschichten werden z. B. in der Weise hergestellt, daß man eine bestimmte Menge eines Halbleitermaterials von gegebenem Leitfähigkeitstyp schmilzt, die Oberfläche der Schmelze mit einem Kristall des gleichen Materials, jedoch vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in Berührung bringt und diesen Kristallkeim langsam aus der Schmelze herauszieht, so daß ein Teil der Schmelze auf dem Kristall erstarrt. Diffusionssperrschichten werden z. B. in der "Weise hergestellt, daß man einen Halbleiterkörper in Dämpfen eines Aktivators oder in einer Flüssigkeit, beispielsweise einem geschmolzenen Salz oder Lösungsmittel, darin der Aktivator, und zwar entweder ein Akzeptor oder ein Donator, gelöst ist, erhitzt. Legierte oder rekristallisierte Sperrschichten werden z. B. in der Weise hergestellt, daß man eine Anordnung aus einem Halbleiterscheibchen mit aufgesetzter Elektrodenpille, die aus einem Aktivator, und zwar entweder einem Akzeptor oder einem Donator, besteht oder diesen enthält, erhitzt. Statt dessen kann man auch (USA.-Patentschrift 2 849 341) eine Aktivatorschmelze auf einen bestimmten Teil der Oberfläche eines kristallinen Halbleiterscheibchens auflegieren.
Diese Hauptverfahrensweisen wurden in verschiedener Hinsicht modifiziert. Ferner ist es bekannt, zur Herstellung einer gleichrichtenden Sperrschicht auf
Verfahren zur Bildung einer gleichrichtenden
Sperrschicht in einem Halbleiterscheibchen
Anmelder:
Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
8000 München 23, Dunantstr. 6
Als Erfinder benannt:
Herbert Nelson, Princeton, N. J.;
Carl William Benyon jun., Trenton, N. J.
(V. St. A.)
die eine Fläche eines Scheibchens aus einkristallinem Halbleitermaterial wie Germanium, Silizium, Germanium-Silizium-Legierung usw. eine dünne Schicht des gleichen Halbleitermaterials aufzubringen. Dabei wird beispielsweise ein erhitzter Strom aus Wasserstoff und Germaniumchlorid über ein Germaniumscheibchen geleitet, so daß das Germaniumchlorid reduziert und Germanium auf das Scheibchen aufgedampft wird. Das auf das Scheibchen aufgedampfte Halbleitermaterial nimmt dabei die gleiche Kristallgitterstruktur an wie das Scheibchen. Diese als epitaktische oder Epitaxialschicht bezeichnete Schicht aus kohärent mit der Gitterstruktur des Scheibchens aufgewachsenem Halbleitermaterial hat im allgemeinen eine Dicke in der Größenordnung von 1 bis 50 Mikron. Man kann die epitaktische Schicht zusammen mit einem Aktivator, entweder einem Akzeptor oder einem Donator, aufwachsen lassen, so daß der Leitfähigkeitstyp der Schicht dem des Scheibchens entgegengesetzt ist und zwischen beiden eine gleichrichtende Sperrschicht gebildet wird. Die Epitaxialschicht kann statt dessen auch eigenleitend oder vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Scheibchen, jedoch von entweder höherem oder niedrigerem spezifischen Widerstand als dieses sein. Es wurde bereits vorgeschlagen (deutsches Patent 1 219 127), zur Herstellung solcher unter Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht mit dem HaIbleiterscheibchei; epitaktisch aufgewachsener Schich-
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ten das Halbleiterscheibchen und ein den gewünsch- die eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der ten Aktivator sowie ein Halbleitermaterial mit der Löslichkeit im verwendeten Halbleitermaterial des· gleichen Gitterstruktur wie das des Scheibchens ent- Legierungsmetalls haben, derart, daß mit sinkender haltendes Legierungsmetall getrennt auf eine Tempe- Temperatur die Löslichkeit des einen Aktivators ratur oberhalb des Schmelzpunktes des Legierungs- 5 rasch und die Löslichkeit des anderen Aktivators metalls, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des langsam abnimmt; und daß mit im wesentlichen kon-Scheibchens zu erhitzen, die Scheibchenoberfiäche stanter Geschwindigkeit abgekühlt wird, derart, daß mit dem schmelzflüssigen Legierungsmetall zu über- als erstes ein Teil des Halbleitermaterials, in dem der fluten, das Scheibchen zwecks Bildung einer Re- Aktivator mit der rasch abnehmenden Löslichkeit kristallisationsschicht auf seiner Oberfläche abzu- io überwiegt, und anschließend ein Teil des Halbleiterkühlen und anschließend den Rest des schmelz- materials, in dem der Aktivator mit der langsam abflüssigen Legierungsmetalls abzugießen. Der Verfah- nehmenden Löslichkeit überwiegt, aus dem schmelzrensschritt des getrennten Erhitzens des Halbleiter- flüssigen Metall rekristallisieren und epitaktisch auf scheibchens und des Legierungsmetalls ist auch an die exponierte Scheibchenfläche aufwachsen, sich, und zwar bei nichtepitaktischen Legierungs- 15 Im Gegensatz zu dem letztgenannten bekannten verfahren zur Sperrschichtherstellung, bekannt Verfahren wird also hier die unterschiedliche Konideutsche Auslegeschrift 1118 360). zentration der beiden Aktivatoren in der Rekristalli-Während mit diesem vorgeschlagenen Verfahren sationsschicht dadurch erreicht, daß man die Aktigroßflächige, weitgehend ebene und in ihrer Tiefe vatorstoffe im Hinblick auf eine besondere Materialsehr gut kontrollierbare Sperrschichten von entspre- 20 eigenschaft, nämlich die Temperaturabhängigkeit der chend hoher Qualität hergestellt werden können, ist ' Löslichkeit, auswählt. Dadurch kann man mit kones für verschiedene Anwendungszwecke erwünscht, stanter Abkühlgeschwindigkeit arbeiten und demnach eine Sperrschicht innerhalb der epitaktischen das Verfahren auf einfache Weise und sicher so kon-Schicht selbst zu bilden. Wegen der außerordentlich trollierea, daß die gewünschten hochwertigen Sperrgeringen Dicke der epitaktischen Schicht ist dies je- 25 schichten erhalten werden.
doch sehr schwierig. Zum Teil lassen sich die be- Vorzugsweise ist bei Verwendung eines Germa-
kannten Verfahrensweisen zur Sperrschichtherstel- nium-Halbleiterscheibchens und eines Blei, Zinn und lung, beispielsweise das Ziehverfahren, für diesen Germanium sowie Arsen und Indium als Aktivatoren Zweck überhaupt nicht anwenden. Andere Metho- enthaltenden Legierungsmetalls das Indium im den, wie die des Oberflächeniegierens oder die Diffu- 30 Überschuß über das Arsen vorhanden, derart, daß sionsmethode, lassen sich nur mit größter Schwierig- in der ersten Rekristallisationsschicht das Indium keit, wenn überhaupt, innerhalb derjenigen engen und in der zweiten Rekristallisationsschicht das Ar-Grenzen, die für epitaktische Schichten obligatorisch sen überwiegt. In den Zeichnungen zeigt sind, kontrollieren. Noch schwieriger ist das Problem Fi g. 1 eine schematische Darstellung einer für die
zu lösen, wenn es — wie häufig — darauf ankommt, 35 Durchführung der Erfindung verwendbaren Vorrichdaß die Sperrschicht die gesamte Fläche der epitak- tung,
tischen Schicht umfaßt und weitgehend plan- Fig. 2 ein die Temperaturabhängigkeit der Lös-
eben ist. lichkeit im festen Germanium für einen bestimmten
Es ist bekannt (britische Patentschrift 894 984), Akzeptor und einen bestimmten Donator verzur Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht auf 40 anschaulichendes Diagramm und einem Halbleiterscheibchen zwei Aktivatoren, von Fig. 3a bis 3f Querschnittsansichten, welche die
denen der eine ein Akzeptor und der andere ein aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte bei der Donator für das verwendete Halbleitermaterial ist, Herstellung eines Flächenhalbleiters gemäß der Erzu schmelzen und anschließend in Berührung mit findung veranschaulichen.
dem Scheibchen so abzukühlen, daß aufeinander- 45 Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung von folgend Rekristallisationsschichten entgegengesetzten gleichrichtenden Sperrschichten in einer epitak-Leitfähigkeitstyps auf dem Scheibchen entstehen. Bei tischen Schicht soll an Hand zweier Beispiele für die diesem Verfahren werden die für die Bildung der Herstellung von Mesa - Epitaxial - Halbleiterbau-Sperrschicht erforderlichen unterschiedlichen Aktiva- elementen erläutert werden. Man kann dabei jedoch torkonzentrationen dadurch erhalten, daß das Ab- 50 jeweils den Leitungstyp der verschiedenen Scheibkühlen mit nacheinander verschiedenen Geschwiii- chen und Zonen umkehren, und man kann für das digkeiten erfolgt. Obwohl man auf diese Weise eine Halbleiterscheibchen anderweitige kristalline Halbgleichrichtende Sperrschicht innerhalb einer Re- leiterstoffe, wie z. B. Silizium, Germardum-Siliziunikristallisationsschicht auf einem Halbleiterscheib- Legierungen, sowie Halbleiterverbindungen wie chen bilden kann, laßt sich das Verfahren wegen der 55 Siliziumkarbid, die Phosphide, Arsenide und Antiunterschiedlichen und äußerst kritischen Abkühl- monide des Aluminiums, Galliums und Indiums und geschwindigkeiten nur mit großer Schwierigkeit so die Sulfide, Selenide und Telluride des Zinks- und genau kontrollieren, wie es für die Herstellung hoch- Cadmiums mit jeweils entsprechenden Akzeptorwertiger Sperrschichten erforderlich ist. Donator-Kombinationen verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 60 . .
Verfahren anzugeben, mit dem sich eitle groß- Beispiel 1
flächige, weitgehend planebene gleichrichtende Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Halbleiter-
Sperrschicht innerhalb der äußerst dünnen epitak- scheibchen 10 aus Germanium in die Sohle des einen tischen Schicht in genau kontrollierbarer Weise bil- Endes einer feuerfesten Herdwanne 11 so eingeden läßt. 65 schoben, daß die eine Hauptfläche des Scheibchens
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfah- freiliegt oder exponiert ist. Das Scheibchen 10 kann ren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine beliebige Größe haben und entweder p-leitend vorgesehen, daß zwei Aktivatoren verwendet werden, oder η-leitend oder eigenleitend seht. Die Wanne Ii
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hat geeignete Einrichtungen, wie ζ. B. einen doppel- und Arsen in festem Germanium als Funktion der ten Boden, für die Befestigung des Scheibchens mit Temperatur dargestellt ist. Man sieht, daß die Lösexponierter Hauptfläche 14, und sie kann beispiels- lichkeit von Indium in Germanium mit sinkenden weise aus Graphit od. dgl. gefertigt sein. In das an- Temperaturen verhältnismäßig schnell abnimmt» dere Ende der Wanne 11 wird die Legierung 12 ein- 5 während die Löslichkeit von Arsen in Germanium gebracht. Der Ansatz für die Legierung 12 besteht mit sinkender Temperatur sehr langsam abnimmt in diesem Fall aus 8 g gekörntem Germanium, un- Die in diesem Diagramm gewählte untere Tempegefähr 0,1 g Indium, ungefähr 0,0002 g Arsen und raturgrenze von ungefähr 400° C reicht aus, um die als Lösungsmittel 75 g Blei und 4 g Zinn. Die Löslichkeitsänderungen, soweit sie für die vor-Wanne 11 wird sodann in ein feuerfestes Ofenrohr io liegende Erfindung von Bedeutung sind, anschaulich 13, das zweckmäßigerweise aus Quarz besteht, ein- wiederzugeben.
geführt, und das Rohr 13 wird geneigt, so daß der Beim weiteren Abkühlen des Scheibchens 10 und
Ansatz 12 vom Scheibchen 10 getrennt gehalten der Legierungsschmelze 12 fällt ein »zweiter Teil« 33 wird. Um eine nichtoxydierende Atmosphäre um das (F i g. 3 c) des in der Schmelze gelösten Germaniums Scheibchen und die Legierung herum aufrechtzuer- 15 aus und wächst epitaktisch auf den »ersten Teil« so halten, läßt man durch das Ofenrohr 13 ein reduzie- lange auf, bis der Aufwachsvorgang durch Abdekanrendes Gas, beispielsweise eine Mischung aus tieren der Schmelze beendet wird. Da jedoch dieser 9 Volumteilen Stickstoff und 1 Volumteil Wasser- zweite Teil 33 bei niedrigeren Temperaturen ausfällt stoff, strömen. Man kann aber auch den Ofen in als der erste Teil, nimmt die Menge an gelöstem eine Atmosphäre aus reinem Wasserstoff oder ao Indium gegenüber der im ersten Teil 31 der epitakeinem Inertgas wie Stickstoff oder Helium tauchen. tischen Schicht vorhandenen Menge erheblich ab, Die Legierung 12 und das Scheibchen 10 werden wohingegen die Menge an gelöstem Arsen sich auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes gegenüber der im ersten Teil vorhandenen Menge der in der Legierung enthaltenen Lösungsmittel- nur geringfügig erniedrigt, da, wie man in Fig. 2 metalle, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des as sieht, die Löslichkeit des Arsens im Germanium nur Halbleiterscheibchens vorerhitzt. Beim vorliegenden langsam mit der Temperatur abnimmt. Ent-Ausführungsbeispiel beträgt die Vorerhitzungs- sprechend enthält der zweite Teil 33 des auf dem temperatur ungefähr 600° C. Diese Temperatur Scheibchen 10 aufkristallisierten Germaniums einen reicht aus, um die Lösungsmittelmetalle Blei und Überschuß an Arsenatomen (Donator) über die Zinn zu schmelzen und das Halbleitermaterial des 30 Indiumatome (Akzeptor), so daß der Teil 33 der epiAnsatzes, in diesem Fall Germanium, sowie die im taktischen Schicht η-leitend ist. Auf diese Weise Ansatz enthaltenen Donator- und Akzeptor- wird in dieser Schicht zwischen dem erstrekristallimodifikatoren, in diesem Fall Arsen und Indium, zu sierten Teil 31 und dem zweitrekristallisierten Teil 33 lösen. Die Schmelze läßt man auf ungefähr 5600C ein pn-übergang32 (Fig.3c) gebildet.Der pn-Überabkühlen. Das Ofenrohr 13 wird sodann in die Hori- 35 gang 32 ist planar und umfaßt die gesamte ursprüngzontallage gekippt, so daß die freiliegende Fläche 14 lieh exponierte Fläche 14 des Halbleiterscheibchens des Scheibchens 10 von der Schmelze überflutet 10. Die relativen Dicken der Rekristallisationswird. Anschließend läßt man den Ofen und seinen schichten oder Teile 31 und 33 sind zwecks besserer Inhalt sich weiter abkühlen. Dabei fällt eine erste Anschaulichkeit in der Zeichnung übertrieben darge-Teilmenge des gelösten Germaniums aus der 40 stellt. Obwohl der erste Rekristallisationsteil 31 und Schmelze aus und wächst epitaktisch auf die über- der zweite Rekristallisationsteil 33 der Bequemlichflutete Hauptfläche 14 des Halbleiterscheibchens 10 keit halber als ausgeprägte Schichten dargestellt sind, auf. Da das Indium in der Schmelze mengenmäßig wird in Wirklichkeit auf dem Scheibchen 10 nur eine in beträchtlichem Überschuß über das Arsen anwe- einzige epitaktische Schicht gebildet, die in ihren send ist und da die Löslichkeit des Indiums in Ger- 45 sämtlichen Teilen sowohl Akzeptoratome (Indium) rnanium bei hohen Temperaturen verhältnismäßig als auch Donatoratome (Arsen) enthält, wobei jedoch groß ist, enthält der erste Teil 31 (Fig. 3b) des auf im zuerst gebildeten Teil 31 die Akzeptoratome, im dem Scheibchen 10 rekristallisierten Germaniums später gebildeten Teil 33 dagegen die Donatoratome einen erheblichen Überschuß an als Akzeptor wir- im Überschuß vorhanden sind, so daß in der Überkenden Indiumatomen gegenüber den als Donator 50 gangszone zwischen beiden Teilen ein pn-übergang wirkenden Arsenatomen. Der erste Teil 31 der 32 besteht.
Epitaxialschicht des Scheibchens 10 ist daher p-lei- Man kann mit Hilfe dieses Verfahrens ein
tend. Während die Ofentemperatur mit einer Ge- Flächenhalbleiterbauelement herstellen, wie in schwindigkeit von ungefähr 1O0C pro Minute sich Fig. 3d bis 3f veranschaulicht. Zum Beispiel kann weiter auf 36O0C erniedrigt, nimmt die aufwach- 55 man ein Halbleiterscheibchen 10 aus einkristallinem sende epitaktische Schicht an Dicke zu. Sobald die Germanium mit zwei gegenüberliegenden Haupt-Temperatur von 360° C erreicht ist, wird das Ofen- flächen 14 und 16 zubereiten (F i g. 3). In diesem rohr in die in Fig. 1 gezeigte Lage zurückgekippt, Fall besteht das Scheibchen 10 aus p-leitendem Gerso daß die Schmelze vom Scheibchen abfließt oder manium, d. h. aus Germanium mit einer verhältnisabdekantiert wird. Während dieses Kühlvorgängs 60 mäßig hohen Akzeptorkonzentration, wobei sein werden die im Ansatz vorhandenen Arsenatome mit spezifischer Widerstand ungefähr 0,0008 Ohm/cm benahezu konstanter Geschwindigkeit in das Kristall- trägt. Das Scheibchen 10 wird sodann in der oben gitter der epitaktischen Schicht eingebaut, während beschriebenen Weise (F i g. 1) mit einer Schmelze aus das in der Schmelze vorhandene Indium mit sehr Germanium, Arsen, Indium, Blei und Zinn behanrasch abnehmender Geschwindigkeit in die epitak- 65 delt, so daß auf seiner einen Hauptfläche 14 eine tische Schicht eintritt. Das unterschiedliche Verhal- epitaktische Schicht aufwächst. Der zuerst auften dieser beiden Aktivatoren ist aus F i g. 2 ersieht- kristallisierte Teil 31 der Schicht ist aus den oben lieh, wo die Änderung der Löslichkeit von Indium erörterten Gründen p-leitend. Unter diesen Voraus-
Setzungen hat das p-leitende Germanium im Teil 31 der Epitaxialschicht einen spezifischen Widerstand von 0,3 Ohm/cm. Wie bereits erklärt, ist der zweite aufkristallisierte Teil 33 der Epitaxialschicht n-leitend und besteht in der Übergangszone zwischen diesen beiden Teilen ein pn-übergang 32.
Der η-leitende Teil 33 der epitaktischen Schicht wird durch Anlegieren einer Elektrodenpille 34 (Fig. 3b) ohmisch kontaktiert. Die Pille34 besteht in diesem Fall aus 99 Gewichtsprozent Blei und 1 Gewichtsprozent Antimon. Dicht neben der Elektrode 34 wird durch Auflegieren einer Elektrodenpille 35 aus Indium auf den η-leitenden Teil 33 ein gleichrichtender Kontakt mit diesem Teil gebildet. Die Verfahrensweisen zum Auflegieren von Elektrodenpillen oder -kügelchen sind bekannt; indem man das Legieren bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig kurzzeitig vornimmt, erreicht man eine nur geringe Eindringtiefe der Pille 35, so daß letztere nicht durch die gesamte η-leitende Zone 33 hin- zo durchlegiert. Auf diese Weise wird zwischen der Indiumpille 35 und der η-leitenden Zone 33 eine gleichrichtende Sperrschicht 36 gebildet.
Als nächstes werden die Hauptfiäche 16 des Scheibchens sowie derjenige Teil der anderen Haupt- 25, fläche 14, auf dem die Elektrodenpillen 34 und 35 sitzen, mit einer säurefesten Maske, beispielsweise aus Wachs, abgedeckt, sodann werden die unmaskierten Teile der Epitaxialschicht 31, 33 durch Ätzen des Scheibchens 10 entfernt (Fig. 3e). Anschließend wird die säurefeste Maske (nicht gezeigt) mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels entfernt, so daß das Scheibchen 10 mit unversehrten Pillen 34 und 35 und unversehrter Fläche 16 zurückbleibt. Der stehengebliebene Teil der epitaktischen Schicht bildet eine Mesastruktur.
Sodann bringt man an der ohmschen Elektrode 34 einen Zuleitungsdraht 38 und an der gleichrichtenden Elektrode 35 einen Zuleitungsdraht 39 an (Fig.3f). Anschließend wird die Einheit nach bekannten Methoden eingekapselt und mit einem lichtundurchlässigen Überzug versehen. Die elektrische Kontaktierung des Kollektors 31 erfolgt über die Scheibchenfläche 16. Das so hergestellte Bauelement stellt einen pnp-Mesa-Epitaxialtransistor, der sich für sehr hohe Frequenzen eignet, dar.
Beispiel II
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch in Fällen anwenden, wo die epitaktische Schicht aus einem anderen Halbleitermaterial als das Halbleiterscheibchen selbst besteht, vorausgesetzt, daß das Scheibchenmaterial die gleiche Kristallgitterstruktur und ähnliche Gitterkonstanten hat wie das Material der epitaktischen Schicht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Halbleiterscheibchen 10 aus einkristallinem Galliumarsenid, das entweder p-leitend oder η-leitend sein kann. Als Halbleitermaterial für den Legierungsansatz 12 wird Germanium verwendet. Der Ansatz enthält ferner Indium, Arsen, Blei und Zinn in den gleichen Mengenanteilen wie im Beispiel I. Der Ansatz 12 und das Scheibchen 10 werden in eine Herdwanne 11 eingebracht und in einem geneigten Ofenrohr 13 getrennt auf ungefähr 600° C vorerhitzt, wie im Beispiel I beschrieben und in F i g. 1 veranschaulicht. Das Ofenrohr 13 wird sodann in die Horizontallage gekippt, so daß die exponierte Hauptfläche 14 des Scheibchens 10 von der Schmelze überflutet wird. Beim Abkühlen des Scheibchens und der Schmelze fällt ein erster Teil 31 (F i g. 3 b) des in der Schmelze gelösten Germaniums aus der Schmelze aus. Da Germanium und Galliumarsenid die gleiche Kristallgitterstruktur und ähnliche Gitterkonstanten haben, wächst das ausgefällte Germanium auf der Scheibchenfläche 14 epitaktisch auf das Kristallgitter des Scheibchens auf. Die erste Zone 31 ist aus den oben erläuterten Gründen p-leitend. Beim weiteren Abkühlen kristallisiert ein weiterer Teil 33 (F i g. 3 c) des Germaniums aus der Schmelze aus. Diese zweite Zone 33 ist η-leitend, wie im Beispiel I beschrieben, so daß zwischen den beiden Zonen 31 und 33 ein pn-übergang gebildet wird. Auf diese Weise können Halbleiterbauelemente mit Zonen unterschiedlichen Bandabstands oder Bandlückenwerts sowie verschiedenen Leitungstyps hergestellt werden.
Die Erfindung läßt sich in verschiedener Hinsicht abwandeln. Beispielsweise kann man anderweitige kristalline Halbleiterstoffe für das Trägerscheibchen und im Legierungsansatz sowie anderweitige Kombinationen von Akzeptoren, Donatoren und Lösungsmittelmetallen verwenden, vorausgesetzt, daß das Lösungsmittel sich gegenüber den Halbleitermaterialien elektrisch neutral verhält und die Löslichkeit entweder des Akzeptors oder des Donators im Halbleitermaterial des Ansatzes schneller mit der Temperatur abnimmt als die Löslichkeit des anderen der beiden Aktivatoren.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bildung einer gleichrichtenden Sperrschicht in einem Halbleiterscheibchen durch Herstellung eines Legierungsmetalls, welches zwei Aktivatoren verschiedenen Vorzeichens und ein Halbleitermaterial, das die gleiche Kristallgitterstruktur mit entsprechenden Gitterkonstanten aufweist wie das des Scheibchens, enthält, sowie durch getrenntes Erhitzen des Scheibchens und des Legierungsmetalls auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Legierungsmetalls, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Scheibchens, Überfluten der Scheibchenoberfläche mit dem schmelzflüssigen Legierungsmetall, Abkühlen des Scheibchens mit dem schmelzflüssigen Metall zwecks Bildung aufeinanderfolgender Rekristallisationsschichten auf der Scheibchenoberfläche, und anschließendes Abgießen des Restes des schmelzflüssigen Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aktivatoren verwendet werden, die eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit im verwendeten Halbleitermaterial des Legierungsmetalls haben, derart, daß mit sinkender Temperatur die Löslichkeit des einen Aktivators rasch und die Löslichkeit des anderen Aktivators langsam abnimmt, und daß mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit abgekühlt wird, derart, daß als erstes ein Teil des Halbleitermaterials, in dem der Aktivator mit der rasch abnehmenden Löslichkeit überwiegt, und anschließend ein Teil des Halbleitermaterials, in dem der Aktivator mit der langsam abnehmenden Löslichkeit überwiegt, aus dem schmelzflüssigen Metall rekristallisieren und epitaktisch auf die exponierte Scheibchenfläche aufwachsen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Germanium-Halbleiterscheibchens und eines Blei, Zinn und Germanium sowie Arsen und Indium als Aktivatoren enthaltenden Legierungsmetalls das Indium im Überschuß über das Arsen vorhanden ist, derart, daß in der ersten Rekristallisationsschicht das Indium und in der zweiten Rekristallisationsschicht das Arsen überwiegt.
10
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1015 937, 1093 016;
belgische Patentschrift Nr. 567 569; britische Patentschriften Nr. 751 408, 894 984; USA.-Patentschrift Nr. 2 817 609.
In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1219127.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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