DE3027599C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Transistor ist aus der US-PS 41 49 174 bekannt. Er kann als ein "Transistor mit heißen Elektronen" oder als ein "Transistor mit heißen Löchern" bezeichnet werden, abhängig von der Tatsache, ob die heißen Majoritätsladungsträger Elektronen oder Löcher sind.

Ein "heißer" Ladungsträger ist ein Ladungsträger, der nicht mit dem Kristallgitter in thermischem Gleichgewicht ist. So weisen heiße Elektronen Energien auf, die mehr als einige kT oberhalb der Leitungsbandgrenze liegen (wobei k und T die Boltzmann-Kon­ stante bzw. die Gitter-Temperatur darstellen), während heiße Löcher Energien aufweisen, die mehr als einige kT unterhalb der Valenz­ bandgrenze liegen.

Derartige Transistoren können vernachlässigbare Minoritätsträgerladungs­ speichereffekte in den Emitter- und den Basiszonen haben und daher für Gebrauch bei hoher Schaltgeschwindigkeit oder hoher Frequenz geeignet sein.

Sie können auch einen niedrigen Basiswiderstand aufweisen, dadurch, daß für die Basiszone eine hohe Dotierungskonzentration vom einen Lei­ tungstyp gewählt wird, und sie können für Inhomogenitäten in der Basisdotierung verhältnismäßig unempfindlich sein. Daher können derartige Transistoren im Vergleich zu üblichen npn- oder pnp- Bipolartransistoren große Vorteile aufweisen.

Bei einer Ausführungsform, die in der genannten US-Patentschrift beschrieben wird, ist eine Sperrschichtzone vorgesehen, die eine Dotierungskonzen­ tration von dem Leitungstyp aufweist, der dem der Basiszone entgegengesetzt ist. Diese Sperrschichtzone trennt die Basiszone und die Emitterzone vom gleichen Leitungstyp und bildet mit diesen Zonen Erschöpfungszonen. Die Sperrschichtzone ist genügend dünn, damit diese bei Nullpotential gebildeten Eschöpfungszonen in der genannten Sperrschichtzone verschmelzen, so daß bei Nullpotential die ganze genannte Sperrschichtzone an beweglichen Ladungsträgern sowohl vom genannten ersten Leitungstyp als auch vom entgegengesetzten zweiten Leitungstyp erheblich verarmt wird.

In den Transistoren, die in der genannten US-Patentschrift be­ schrieben werden, wurde der Potentialsprung der Emitter-Basis- Sperrschicht höher als der der Basis-Kollektor-Sperrschicht ge­ wählt, so daß der größte Teil der heißen Ladungsträger, die in die Basiszone eingeführt werden, Energien aufweisen, die genügend groß sind, um die Basis-Kollektor-Sperrschicht zu überwinden, wobei eine befriedigende Kollektorwirkung erhalten wird. Eine hohe Kollektor­ wirkung ist wünschenswert, insbesondere um eine große gemeinsame Emitterstromverstärkung für den Transistor zu erhalten. Auch ist es oft erwünscht, eine niedrige Emitterkapazität zu haben, insbesondere bei Schnellschalt- oder Hochfrequenzbetrieb.

Aus der US-PS 39 40 783 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, bei dem ein Strom von Majoritätsladungsträgern durch eine Sperrschicht hindurch einer angrenzenden Halbleiterzone zugeführt wird. Ein Hin­ weis, daß die Dicke und die Dotierung der Sperrschichtzone so be­ messen sind, daß ein Strom aus heißen Ladungsträgern durch die Sperrschicht hindurch der angrenzenden Zone zugeführt wird, ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Transistor der eingangs genannten Art mit verbesserter Emitter-Basis-Sperrschicht zu schaffen, bei der die Energie der emittierten heißen Ladungsträger in bezug auf den Potentialsprung der Basis-Kollektor-Sperrschicht vergrößert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Transistor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Energiediagramme für Ausführungsbeispiele von Transi­ storen nach der Erfindung sowohl unter Vorspannung als auch auf Nullpotential,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel eines derartigen Transistors mit möglichen Schaltungs­ anschlüssen,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein anderes Ausführungs­ beispiel eines derartigen Transistors mit möglichen Schaltungsanschlüssen,

Fig. 5 ein Energiediagramm für eine Abwandlung des Transistors nach Fig. 1, sowohl unter Vorspannung als auch auf Nullpotential,

Fig. 6 ein Energiediagramm für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Transistors nach der Erfindung, sowohl unter Vorspannung als auch auf Nullpotential, und

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel des Transistors nach Fig. 2.

Es sei bemerkt, daß alle Figuren schematisch gezeichnet und nicht maßstäblich dargestellt sind; die betreffenden Abmessungen und Verhältnisse gewisser Teile dieser Figuren sind der Deutlichkeit und Einfachheit halber größer oder kleiner dargestellt. Entsprechende oder ähnliche Teile werden im allgemeinen in allen Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Der in Fig. 1 gezeigte Transistor enthält einen einkristallinen Halbleiterkörper mit Halbleiterzonen 1 bis 4. Die Zone 2 ist eine stark dotierte Basiszone von einem ersten Leitungstyp (im vorliegenden Beispiel vom n-Typ). Die sperrschichtbildenden Mittel 1 und 4, 5 bilden zusammen mit der Basiszone 2 eine Basis-Kollektor-Sperr­ schicht bzw. eine Emitter-Basis-Sperrschicht. Der Strom­ fluß durch die Basiszone 2 (von der Emitter-Basis- Sperrschicht zu der Basis-Kollektor-Sperrschicht) erfolgt über heiße Majoritätsladungsträger (im vorliegenden Beispiel also heiße Elektronen der n-leitenden Basiszone 2), die durch Pfeile 7 angedeutet sind.

Die Basis-Kollektor-Sperrschicht wird durch eine Sperrschichtzone 1 mit einer Dotierungskonzentration vom zweiten Leitungstyp (im vorliegenden Beispiel den p-Typ) gebildet, deren Größe für die Höhe einer Potentialschwelle für den Durchgang von Ladungs­ trägern vom ersten Typ (im vorliegenden Beispiel Elektronen) von sowohl der Basiszone 2 als auch der Kollektorzone 3 her entscheidend ist. Die Sperrschichtzone 1 ist genügend dünn, um zu ermöglichen, daß sich die Erschöpfungszonen, die sie bei Nullpotential mit sowohl der Basis- als auch der Kollektor­ zone bildet, in der Zone 1 verschmelzen, so daß sogar bei Nullpotential die ganze Zone 1 erheblich an beweglichen Ladungsträgern beider Typen verarmt wird. Die Kollektorzone 3 weist den gleichen Leitungstyp (n-Typ) wie die Basiszone 2 auf, ist aber weniger stark dotiert. Die Dotierungs­ konzentration der Basiszone ist vorzugsweise mindestens 10²⁰ Donatoratome/cm³. Die Bildung und die Anwendung der­ artiger stark verarmter Sperrschichtzonen 1 für die Basis-Kollektor- Sperrschichten von Transistoren mit heißen Elektronen (oder heißen Löchern) werden im Detail in der US-PS 41 49 174 beschrieben. Um die Sperrschichtzone 1 bei Nullpotential stark verarmt zu halten, müssen die Dicke und der Dotierungspegel der Zone 1 bestimmte Bedingungen erfüllen, die in der US-PS 41 49 174 beschrieben sind.

Die Emitter-Basis-Sperrschicht wird durch eine Metallschicht 5, die einen Schottky-Kontakt bildet, und eine Sperrschicht 4 gebildet, die eine Dotierungs­ konzentration von einem Leitungstyp (im vorliegendem Fall vom p-Typ) aufweist, der dem der Basiszone 2 entgegengesetzt ist. Es sei bemerkt, daß in der US-PS 41 49 174 Transistoren beschrieben sind, die eine Emitter-Basis-Sperrschicht enthalten, die durch entweder einen Schottky-Kontakt oder eine stark verarmte Sperrschichtzone gebildet wird. Bei einem Transistor nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch die Sperrschichtzone 4 zwischen dem Schottky-Kontakt 5 und der Basiszone 2 vorhanden und weist eine derart große Dicke und Dotierungskonzentration auf, daß bei Nullpotential wenigstens ein Teil ihrer Dicke außerhalb der am genannten Schottky-Kontakt vorhandenen Erschöpfungs­ zone liegt. Wenn also keine Vorspannung an den Schottky- Emitter 5 und an die Basiszone 2 angelegt wird, ist die Sperrschichtzone 4 nicht über wenigstens einen Teil ihrer Dicke verarmt und verhält sich dann wie eine p-leitende Schicht, was in Fig. 1 mit p⁺ bezeichnet wird.

Die Linie a in Fig. 1 stellt die Elektronen­ energie und den Potentialverlauf in der Transistorstruktur bei thermischem Gleichgewicht und bei Nullpotential dar.

Die Linie b in Fig. 1 zeigt das entsprechende Diagramm für die Basiszone 2 und die Kollektorzone 3 mit einem Potential, das in bezug auf den Emitter 5 einen Wert V _BE bzw. V _CE aufweist. Das Anlegen einer Vorspannung V _BE ist notwendig, um eine Zufuhr heißer Elektronen 7 mit Energien, die größer als der Potentialsprung der Basis- Kollektor-Sperrschicht sind, zu bewirken. In diesem Beispiel nach Fig. 1 werden keine heißen Elektronen 7 in großer Menge vom Emitter 5 her in die Basiszone 2 injiziert, bevor die Basis-Emitter-Vorspannung V _BE genügend groß ist, um die Erschöpfungszone über die ganze Dicke der Sperrschichtzone 4 auszubreiten. Dies bedeutet dann, daß die Erschöpfungszone zwischen dem Emitter 5 und der Basiszone 2 durch die Zone 4 hindurchbricht, was einen Stromfluß durch thermische Emission von Elektronen 7 zur Folge hat. Die Linie b in Fig. 1 zeigt die Situation, in der V _BE gerade genügend groß ist, um die ganze Zone 4 zu verarmen.

Wie sich aus einem Vergleich der Linien a und b in Fig. 1 erkennen läßt, muß eine Vorspannung V _BE mindestens einer bestimmten Größe angelegt werden, bevor Strom zu fließen beginnt. Das hat zur Folge, daß das Potential der Basis-Kollektor-Sperrschichtzone 1 zu einem niedrigeren (positiveren) Pegel in bezug auf den Emitter 5 verschoben wird, so daß, wenn Injektion von Ladungsträgern stattfindet (Linie b), die Energie der emittierten Ladungsträger 7 auf eine erhebliche Höhe in bezug auf den Potentialsprung der Basis-Kollektor-Sperrschicht 1 zugenommen hat. Der Einbau einer Emitter-Basis-Sperrschichtzone 4 mit einer nicht verarmten Dicke bei Nullpotential vergrößert also die Kollektor­ wirkung der Basis-Kollektor-Sperrschicht 1. So sind Kollektorwirkungen von 75% und höher möglich. Die Größe der Vorspannung V _BE , die erforderlich ist, um die Zone 4 völlig zu verarmen, ist von der Dicke und der Dotierungs­ konzentration der Zone 4 zwischen dem Schottky-Kontakt 5 und der Basiszone 2 abhängig. In einem praktischen Fall können diese derart gewählt werden, daß eine Vorspannung V _BE von mindestens 0,5 V erforderlich ist, um "Punch-through" stattfinden zu lassen, so daß die Energie der emittierten Ladungsträger um einen entsprechenden Betrag erhöht wird. Wenn der Transistor eine Emitter-Basis-Vorspannung hat, die größer als der Mindestpegel ist, der für "Punch-through" erforderlich ist, wird der Potentialsprung der Emitter-Basis-Sperrschicht verkleinert und also der Strom in der Basiszone 2 vergrößert. Diese Situation wird in Fig. 1 durch die Linie d dargestellt. Eine derartige Sperrschichtzone 4, die bei Nullpotential nicht über ihre ganze Dicke verarmt ist, kann jedoch eine derart große Dotierungskonzentration aufweisen, daß die angelegte Vorspannung V _BE entweder Lawinendurchbruch oder Zener­ durchbruch an der Sperrschichtzone herbeiführt, bevor ein "Punch-through"-Zustand erreicht werden kann. Eine der­ artige Situation ist in Fig. 2 veranschaulicht. In Fig. 2 zeigen E _c (a) und E _v (a) die Grenzen des Leitungsbandes bzw. des Valenzbandes im Nullpotentialzustand, während E _c (b) und E _v (b) diese Grenzen bei einer Vorspannung V _BE ′ die zwischen dem Emitter 5 und der Basis 2 angelegt wird, darstellen. Infolge der größeren Dotierungskonzentration der Sperrschichtzone 4 in dieser geänderten Konfiguration erzeugt die angelegte Vorspannung V _BE in den Erschöpfungsschichten der Zone 4 ein elektrisches Feld, das genügend groß ist, um an der Sperrschichtzone 4 Durchbruch entweder durch einen Lawinendurchbruch oder durch den Zener-Effekt herbei­ zuführen, so daß eine Zufuhr heißer Elektronen 7 erhalten wird, die in die Basiszone 2 mit Energien, die erheblich größer als der Potentialsprung der Basis-Kollektor-Sperr­ schicht 1 sind, injiziert werden. Wie in Fig. 2 veran­ schaulicht ist, werden die Energiebänder durch die ange­ legte Vorspannung V _BE um mehr als den Potentialsprung (E _c -E _v ) gebogen. Im Falle eines Zenerdurchbruchs ist das erhaltene Feld genügend groß, um Elektronen aus den Siliziumgitteratomen zu entfernen, so daß eine direkte Tunnelung von Elektronen aus dem Valenzband zu dem Leitungs­ band stattfindet, wie in Fig. 2 durch den Pfeil 7 a ange­ deutet ist. Im Falle eines Lawinendurchbruchs ist das erhaltene Feld genügend groß, um Ladungsträger 7 b zwischen den Kollisionen mit den Siliziumgitteratomen derart zu beschleunigen, daß sie bei Kollision imstande sind, Elektron-Loch-Paare zu erzeugen, wobei die heißen Elek­ tronen 7 c in die Basiszone 2 injiziert werden, während die heißen Löcher zu dem Emitter 5 fließen, wie in Fig. 2 durch den Pfeil 17 angedeutet wird.

Die Vorspannung, die für einen derartigen geänderten Emitter auf Basis von Lawinen- oder Zener­ durchbruch verwendet wird, kann z. B. mehr als 1,5 V betragen.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Transistors der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art. Abgesehen vom Einbau der Sperrschichtzone 4, ist die Struktur dieses Transistors gleich der des Transistors, der in der US-PS 41 49 174 beschrieben ist, und kann auf gleiche Weise durch Ionenimplantation hergestellt werden. Die Kollektorzone 3 wird durch eine n-leitende epitaktische Siliziumschicht auf einem starkdotierten Siliziumsubstrat 13 vom gleichen Leitungs­ typ gebildet. Eine nicht verarmte ringförmige Zone 11 vom p-Leitungstyp, die als ein Schutzring rings um den Rand der Sperrzone 1 dient, wird in der epitaktischen Schicht 3, z. B. durch Diffusion (siehe US-PS 41 49 174) angebracht. Über ein Fenster in einer Isolierschicht 10 aus z. B. Siliziumdioxid an der Oberfläche der epitaktischen Schicht werden dann Zonen 1, 2 und 4 in der epitaktischen Schicht 3 durch Ionenimplantation erzeugt. Zunächst kann die Sperrschichtzone 4 durch ein kleineres Fenster in der Schicht 10 implantiert werden, wonach das Fenster für die Implantation der Basiszone 2 und danach der Sperrschichtzone 1 verbreitert werden kann. Die implantierte Ionendosis und -energie für die Zone 4 müssen zusammen genügend groß sein, um sicherzustellen, daß die Zone 4 nicht nur die n-Typ Grunddotierung der n-leitenden Zonen 2 und 3 umdotiert, sondern auch wenigstens teilweise über der Dotierung der Erschöpfungszone liegt, die bei Nullpotential am Schottky-Kontakt 5 vorhanden ist, so daß bei Nullpotential mindestens ein Teil der Zone 4 eine nicht verarmte p-leitende Zone bildet. Die für die Bildung der Basiszone 2 gewählte Ionenenergie kann derart sein, daß die resultierende Dotierungskonzentration ihren Höchstwert in einiger Entfernung von der Sperrschichtzone 4 hat. Wenn Vorspannungen an den Emitter 5 und an die Basis- und Kollektorkontakte 8 bzw. 9 angelegt werden, führt diese Entfernung einen Potentialabfall zwischen dem Emitter 5 und dem nicht verarmten Teil der Basiszone 2 herbei, so daß das Potential der Kollektor-Sperrzone 1 noch weiter zu niedrigeren Pegeln in bezug auf den Emitter 5 verschoben wird, wenn die Vorspannung größer wird. Diese Maßnahme erhöht die Kollektorwirkung noch weiter und ist in der US-PS 41 49 174 beschrieben.

In einem praktischen Beispiel können 1 keV- Borionen oder 4 keV-Indiumionen in einer Dosis von z. B. mindestens 10¹⁴ Ionen/cm² zur Bildung der nicht verarmten Sperrschichtzone 4, 10 keV-Arsenionen in einer Dosis von 10¹⁴-10¹⁵ Ionen/cm² zur Bildung der Basiszone 2 und 5 keV-Borionen oder 20 keV-Indiumionen in einer Dosis von 5,10¹²-5,10¹³ Ionen/cm² zur Bildung der ganzen verarmten Sperrschichtzone 1 implantiert werden. Die epitaktische Schicht 3 kann einen spezifischen Widerstand von z. B. 5 oder 10 Ohm/cm und eine Dicke von z. B. 12 µm aufweisen. Unter derartigen Implantationsbedingungen wird die Spitze der implantierten Arsenverteilung, abhängig von den Ausglüh- und Kühlungsbedingungen, annahmeweise auf etwa 15 nm oder mehr unterhalb der Oberfläche der epitaktischen Schicht mit einer Konzentration von etwa 10²⁰-10²¹ Arsenatomen/cm³ auftreten. Die p-leitende Sperrschichtzone 4 wird in einem Abstand von weniger als etwa 10 nm von der Oberfläche gebildet und weist eine derart große Dotierungs­ konzentration auf, daß angenommen wird, daß sie bei Nullpotential über viel mehr als ihre halbe Dicke nicht verarmt ist. Der Abstand zwischen den Sperrschichtzonen 4 und 1 kann auf etwa 25 nm oder mehr geschätzt werden. Die Breite der Sperrschichtzone 1 kann auf etwa 15 nm geschätzt werden. Nach dem Ausglühen der implantierten Materialien werden Metallschichten 5, 8 und 9 auf bekannte Weise angebracht. Die Schichten 8 und 9 (die z. B. aus Aluminium bestehen können) bilden ohmsche Kontakte für die Basiszone 2 bzw. das Kollektorsubstrat 13. Die Schicht 5 bildet den Schottky-Kontakt für den Emitter des Transistors und kann z. B. aus Gold oder Nickel bestehen. Die Ausglühbedingungen bestimmen, wie groß die Menge jeder implantierten Dotierungsdosis ist, die elektrisch wirksam wird, und ob eine wesentliche Diffusion stattfindet. Wenn die zur Bildung der Sperrschichtzone 4 implantierte Bor- oder Indium­ ionendosis etwa 10¹⁴ Ionen/cm² ist und danach während etwa 15 Minuten eine Ausglühbehandlung bei etwa 750°C im Vakuum stattfindet, zeigen Berechnungen, daß die resultierende mittlere aktive Dotierungskonzentration der Zone 4 zwischen 5,10¹⁹ und 10²⁰ Atomen/cm³ liegt und daß die angelegte Vorspannung V _BE "Punch-through" der Erschöpfungsschichten in der resultierenden Sperrschichtzone 4 herbeiführt. Die mittlere aktive Dotierungskonzentration der Sperrschichtzone 4 kann durch Anwendung einer höheren Erhitzungstemperatur ein wenig und durch Anwendung einer größeren Dosis in höherem Maße erhöht werden. Auf diese Weise kann die aktive Konzentration der Zone 4 derart erhöht werden, daß Durchbruch und die resultierende Zufuhr heißer Elektronen durch den Lawinen- oder Zener- Effekt in den Erschöpfungsschichten statt durch "Punch- through" bewerkstelligt werden können. Um die Diffusion der implantierten Ionen herabzusetzen, soll eine während langer Zeit angewandte Ausglühtemperatur im allgemeinen nicht höher als 850°C sein. Die Ausglühbehandlung kann aber durch lokalisierte Erhitzung auf höhere Temperaturen mit Hilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls mit kurzen Impulsen vorgenommen werden. Beim Betrieb in der in Fig. 3 gezeigten Schaltungskonfiguration wird der Emitter 5 negativ in bezug auf den Basiskontakt 8 vorgespannt, der seinerseits negativ in bezug auf den Kollektorkontakt 9 vorgespannt wird. Wie oben bereits erwähnt wurde, wird kein wesentlicher Stromfluß zwischen dem Emitter 5 und dem Kollektorkontakt 9 stattfinden, solange die Spannung, die zwischen dem Emitter 5 und dem Basiskontakt 8 angelegt wird, nicht genügend groß ist, um die Sperrschichtzone 4 über ihre ganze Dicke zu verarmen oder Lawinendurchbruch oder Zener­ durchbruch herbeizuführen. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann ein Eingangssignal (z. B. mit hoher Frequenz) zwischen dem Emitter 5 und dem Basiskontakt 8 angelegt und ein verstärktes Ausgangssignal an einer Last R zwischen den Basis- und Kollektorkontakten 8 bzw. 9 entnommen werden. Infolge seiner hohen Kollektorwirkung kann der Transistor eine große Stromverstärkung aufweisen.

Wie z. B. in Fig. 4 dargestellt ist, können der Schottky- Emitter 5 und seine Sperrschichtzone 4 ringförmig sein und sich rings um den Basiskontakt 8 erstrecken. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel mit einem äußeren Emitter kann die schmale p-leitende Sperrzone 4 derart angebracht sein, daß sie in den tieferen p-leitenden Schutzring 11 der verarmten Sperrzone 1 versenkt ist. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, braucht der p-leitende Schutzring 11 nicht in einem besonderen Dotierungsschritt hergestellt werden, sondern kann bei den Implantationen für die Sperrschichtzonen 1 und 4 hergestellt werden, dadurch, daß die Implantationen nach der Implantation für die Basiszone 2 und über ein etwas ver­ breitertes Fenster in der Schicht 10 stattfinden; ein ähnlicher Vorgang ist in der US-PS 41 49 174 beschrieben. Andere in der US-PS 41 49 174 beschriebene Maßnahmen können auch angewandt werden. So kann z. B. die Dotierungs­ konzentration der Schicht 3 direkt neben der Sperrschichtzone 1 dadurch vergrößert werden, daß nochmals Donatoren im­ plantiert werden. Eine derartige örtliche Zunahme der Dotierung kann innerhalb eines Abstandes von etwa 15 nm von der Sperrschichtzone 1 erhalten werden und dient zur Ver­ größerung des Umfangs des darin vorhandenen elektrischen Feldes, so daß der Spannungsabfall in der Zone 3 steiler gemacht und die Kollektorwirkung verbessert wird.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine weniger stark dotierte Zone 6 in die Emitterstruktur zwischen dem Schottky-Kontakt 5 und der Sperrschichtzone 4 aufgenommen ist. Für "Punch-through" muß auch diese Zone 6 unter Emitter-Basis-Vorspannung völlig verarmt sein, so daß Emission heißer Elektronen in der Basiszone 2 vom Schottky-Kontakt 5 her stattfinden kann. Es kann eine entsprechend niedrig dotierte Zone 6 mit einer einem Lawinen- oder Zenerdurchbruch unterworfenen Sperrschichtzone 4 eingebaut sein. Die Hinzufügung der Zone 6 hat zur Folge, daß die Erschöpfungszone an der Emitter- Basis-Sperrschicht im Vergleich zu der Struktur nach Fig. 1 noch breiter wird, so daß die Emitterkapazität des Tran­ sistors verkleinert wird. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist die Zone 6 den gleichen Leitungstyp wie die Sperrschicht­ zone 4 (p-Typ) auf, obgleich dieser Leitungstyp auch derselbe Leitungstyp wie der der Basiszone 2 (n-Typ) sein kann. Die Dotierungskonzentration der Zone 6 kann z. B. etwa 10¹⁷ Atome/cm³ sein.

Die Struktur nach Fig. 5 kann durch Anwendung etwas höherer Ionenenergien für die Implantation der Zonen 4, 2 und 1 hergestellt werden, so daß die Spitzen­ konzentration der implantierten Verunreinigung, die die Zone 4 bildet, in einem Abstand von der Oberfläche der epi­ taktischen Schicht angebracht wird. Die Zone 6 kann durch die Dotierung gebildet werden, die zwischen dieser Spitzen­ konzentration und der Oberfläche vorhanden ist, obgleich ihre Dotierungskonzentration vorzugsweise in einem be­ sonderen Schritt, z. B. durch eine besondere Implantation mit kleinerer Dosis, eingebracht wird. Bei einer Abwandlung der Transistorstruktur nach Fig. 5 ist der Schottky-Kontakt 5 durch eine stark dotierte n-leitende Emitterzone ersetzt. In diesem Falle wird die Emitter-Basis-Sperrschicht ledig­ lich durch die p-leitenden Sperrschichtzonen 4 und 6 gebildet, die die pn-Übergänge mit der Basiszone 2 bzw. mit dieser Emitterzone bilden. Es ist auch möglich, die Transistor­ strukturen nach Fig. 1 und Fig. 2 dadurch abzuändern, daß der Schottky-Kontakt 5 durch eine stark dotierte n-leitende Emitterzone ersetzt wird.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transistors mit heißen Elektronen, in der die Emitter- Basis-Sperrschicht lediglich durch die p-leitende Sperrschichtzone 4 gebildet wird, die pn-Übergänge mit sowohl der n-leitenden Basiszone 2 als auch einer niedrig dotierten n-leitenden Emitterzone 6 bildet. Eine Schicht 15 bildet einen ohmschen Kontakt für die Emitterzone 6 und diese Schicht 15 kann z. B. aus einem Metall, wie Aluminium, oder einem stark dotierten n-leitenden Halbleitermaterial bestehen. Auf gleiche Weise wie für die Schottky-Emitter-Transistoren nach Fig. 1 bis 5 muß eine Vorspannung V _BE zwischen der Basiszone 2 und dem Emitterkontakt 15 angelegt werden, um die Erschöpfungsschichten der beiden pn-Übergänge über die ganze Dicke der Zone 4 auszubreiten oder Lawinen­ durchbruch oder Zenerdurchbruch der Sperrschichtzone 4 herbei­ zuführen. Ebenso wie bei den Transistoren nach den Fig. 1 bis 5, wird dadurch die Energie der emittierten Ladungsträger 7 in bezug auf die Basis-Kollektor- Sperrschicht erhöht. Im Vergleich zu den Transistoren nach den Fig. 1 bis 5 kann die Emitterkapazität aber kleiner sein.

Ein Transistor mit einer Struktur der in Fig. 6 dargestellten Art kann auf gleiche Weise wie die Tran­ sistoren nach den Fig. 1 bis 5 mit Hilfe von Ionen­ implantation hergestellt werden. Die Zone 6 und die Kontaktschicht 15 können z. B. auf folgende Weise angebracht werden: Nach der Erzeugung der Zonen 1, 2 und 4 in einer epitaktischen Siliziumschicht mit Hilfe von Ionen­ implantation kann eine Siliziumschicht mit einem hohen spezifischen Widerstand und dann eine stark dotierte n-leitende Siliziumschicht auf einem Teil der p-leitenden Sperrschichtzone 4 in einem Fenster in einer Isolierschicht angebracht werden, um die Zone 6 bzw. die Schicht 15 herzustellen. Die Schicht mit hohem spezifischen Widerstand kann z. B. aus amorphem Silizium bestehen, das anschließend mit einem Laser- oder einem Elektronenstrahl kristallisiert wird, der für die Ausglühbehandlung der implantierten Materialien verwendet wird. Die stark dotierte n-leitende Siliziumschicht kann auch derart angebracht werden, daß sie mit einem Teil der Basiszone 2 zum Erhalten des Basis­ kontakts in Kontakt kommt.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Transistor nach Fig. 6, das mit Hilfe von Molekular­ strahlepitaxie hergestellt werden kann. Der Transistor enthält ein starkdotiertes n-leitendes Substrat 13 aus z. B. Galliumarsenid, auf dem auf übliche Weise, z. B. durch Flüssigkeitsepitaxie, eine weniger stark dotierte n-leitende epitaktische Schicht aus demselben Material angebracht wird. Dann werden nacheinander Galliumarsenidschichten mit den für die Zonen 1, 2, 4 und 6 gewünschten Dicken und Dotierungskonzentrationen auf der Oberfläche der Schicht 3 mit Hilfe von Molekularstrahlepitaxie angebracht. Die beiden oberen Schichten werden danach durch Ätzung mit einem Ionenstrahl oder durch ein anderes Ätzverfahren über ihre ganze Dicke entfernt, ausgenommen an den Stellen, an denen sie für die Bildung der Zone 6 und der Sperrschichtzone 4 abgedeckt sind. Dann werden die zwei übrigen Schichten auf ähnliche Weise über ihre ganze Dicke entfernt, aus­ genommen an den Stellen, an denen sie für die Bildung der Basiszone 2 und der Sperrschichtzone 1 abgedeckt sind. Anschließend werden Metallschichten, die ohmsche Kontakte mit dem Halbleiter bilden, zum Erhalten der Emitter-, Basis- und Kollektorkontakte 15, 8 bzw. 9 angebracht. Wenn gewünscht, kann der Kontakt 15 angebracht werden, bevor Schichten entfernt werden, wobei dieser Kontakt 15 dann als Maske beim Definieren der Zonen 6 und 4 durch Ionenätzung verwendet werden kann. Statt einer Materialentfernung zur Bestimmung der Größe der Zonen 1 und 2 kann ein lokalisierter Protonenbeschuß für die Bildung halbisolierender Gebiete rings um die Zonen 1 und 2 verwendet werden.

Die bisher beschriebenen Transistoren waren n-leitende Basiszonen 2 enthaltende Transistoren mit heißen Elektronen. Es sind aber auch Transistoren mit heißen Löchern anwendbar, wobei die Basis- und Kollektorzonen 2 bzw. 3 p-leitend wären und die Sperr­ zonen 1 und 4 mit Donatoratomen dotiert wären.

Die in den Fig. 3, 4 und 7 dargestellten Transistoren enthalten eine einzige Emitter-Basis- Sperrschicht. Die beschriebenen Transistoren können aber mehrere Emitter enthalten, die mehrere Emitter-Basis-Sperrschichten mit einer Basiszone 2 bilden. Derartige Mehremittertransistoren können z. B. für Betrieb bei höheren Leistungen oder als schnellschaltender Transistor in einer logischen Schaltung verwendet werden.

Die beschriebenen Transistoren können mit anderen Halbleiterzonen integriert und mit Kontakten zur Bildung komplexerer Schaltungselemente, z. B. eines Thyristors oder einer integrierten Schaltung (IC), versehen werden. In den in den Fig. 3, 4 und 7 dargestellten Anordnungen bildet die Kollektorzone 3 einen Teil einer epitaktischen Schicht, die auf einem Substrat 13 vom gleichen Leitungstyp angebracht ist, während ein Elektrodenanschluß 9 auf der Zone 3 einen Kontakt mit der Rückseite des Substrats 13 bildet. Es sind aber auch Anordnungen und integrierte Schaltungen mit den beschriebenen Transistoren möglich, in denen die Kollektorzone 3 einen Teil einer Schicht vom ersten Leitungstyp bildet, die auf einem Substrat vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp, z. B. mit Rücksicht auf Isolierung, angebracht ist und in der ein Elektrodenanschluß auf der Kollektor­ zone 3 einen Kontakt mit der Oberfläche der epitaktischen Schicht, z. B. über eine stärker dotierte Oberflächenzone und eine vergrabene Schicht zur Herabsetzung des Reihen­ widerstandes, bildet.

In den Transistoren nach den Fig. 3, 4 und 7 ist die Basis-Kollektor-Sperrschicht in den Halbleiterkörper unterhalb der Emitter-Basis-Sperrschicht vergraben, die an eine Oberfläche des Körpers grenzt. Es sind aber auch Ausführungsbeispiele von Transistoren nach der Erfindung möglich, deren Emitter- Basis-Sperrschicht in den Halbleiterkörper unterhalb einer oder mehreren Kollektor-Basis-Sperrschichten vergraben ist. So kann z. B. die Kollektor-Basis-Sperrschicht einen Schottky-Kontakt mit der Basiszone 2 enthalten und kann die Emitter-Basis-Sperrschicht aus einer Sperrschichtzone 4 be­ stehen, die bei Nullpotential über einen Teil ihrer Dicke nicht verarmt ist, während die Emitterzone eine Halbleiter­ zone vom gleichen Leitungstyp wie die Basiszone 2 ist.

In den bisher beschriebenen Transistoren wird die Basis-Kollektor-Sperrschicht durch eine Sperrschichtzone 1 gebildet, die bei Nullpotential praktisch über ihre ganze Dicke verarmt ist. Bei gewissen Anwendungen kann es aber zu bevorzugen sein, eine Basis-Kollektor-Sperrschichtzone 1 zu benutzen, die bei Nullpotential über einen Teil ihrer Dicke nicht verarmt ist. In diesem Fall kann der Wert des Sperrstroms niedriger als in dem Fall sein, in dem die Zone 1 völlig verarmt ist.

Claims (8)

1. Transistor mit einem Halbleiterkörper, der eine Basis­ zone (2) mit einer Dotierung von einem ersten Leitungs­ typ, durch die der Strom aus heißen Ladungsträgern des ersten Leitungstyps fließt, und eine Emitter-Basis-(5, 4) und eine Basis-Kollektor-Sperrschicht (1) aufweist, von denen die Emitter-Basis-Sperrschicht sich in einer Sperr­ schichtzone (4) mit einer Dotierung von einem zweiten, zum ersten entgegengesetzten Leitungstyp befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und die Dotierungskonzentration der die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltenden Sperrschichtzone (4) derart bemessen sind, daß diese Sperrschichtzone mindestens über einen Teil ihrer Dicke nicht von der bei Vorspannung Null an der Emitter-Basis-Sperrschicht (5, 4) vorhandenen Er­ schöpfungsschicht an Ladungsträgern verarmt ist, so daß beim Anlegen einer Vorspannung bestimmter Größe an die Emitter-Basis-Sperrschicht (5, 4) der Basiszone (2) heiße Ladungsträger des ersten Lei­ tungstyps mit Energien zugeführt werden, die größer als der Potentialsprung an der Basis-Kollektor-Sperrschicht (1) sind.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltenden Sperrschichtzone (4) eine Schottky-Kontaktelektrode (5) aufgebracht ist, so daß sich von der Kontaktfläche aus in der Sperrschichtzone (4) die Erschöpfungsschicht ausdehnt.

3. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschichtzone (4) auf der von der Schottky-Kontakt­ elektrode (5) kontaktierten Seite aus einer Teilzone besteht, die niedriger als der übrige, an die Basiszone grenzende Sperrschichtzonenteil dotiert ist.

4. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltende Sperrschichtzone (4) eine weitere Zone (6) aufgebracht ist, die den ersten Leitungstyp aufweist, niedriger als die Sperrschichtzone (4) dotiert und von einer ohm­ schen Kontaktelektrode (15) kontaktiert ist.

5. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (2) eine Dotierungskonzentration von mindestens 10²⁰ Atomen/cm³ aufweist.

6. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und die Dotierungskonzentration der die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltenden Sperrschicht­ zone (4) so bemessen sind, daß beim Anlegen der Vor­ spannung an die Emitter-Basis-Sperrschicht die Zufuhr der heißen Ladungsträger des ersten Leitungstyps dadurch er­ folgt, daß die Erschöpfungsschicht sich über die ganze Dicke an die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltenden Sperrschichtzone (4) ausbreitet.

7. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und die Dotierungskonzentration der die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltenden Sperrschichtzone (4) so bemessen sind, daß beim Anlegen der Vorspannung an die Emitter-Basis-Sperrschicht die Zufuhr der heißen Ladungsträger des ersten Leitungstyps durch Lawinen­ durchbruch an der Emitter-Basis-Sperrschicht erfolgt.

8. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und die Dotierungskonzentration der die Emitter-Basis-Sperrschicht enthaltenden Sperrschichtzone (4) so bemessen sind, daß beim Anlegen der Vorspannung an die Emitter-Basis-Sperr­ schicht die Zufuhr der heißen Ladungsträger des ersten Leitungstyps durch Tunnelung durch die Emitter-Basis- Sperrschicht erfolgt.