DD158444A1 - Verfahren zur herstellung einer glasartigamorphen halbleiterschicht auf einem substrat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung glasartig-amorpher Halbleiterschichten, wobei dieses amorphe Material eine geringe elektronische Zustandsdichte im Bereich des Energiegaps hat und somit in aktiven Bauelementen der Elektronik Anwendung finden kann. Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung kostenguenstiger Halbleiterschichten, die teuere Halbleiterschichten oder -scheiben in der Elektronik ersetzen koennen und die hinreichend gute bzw. bessere elektronische Parameter besitzen als die bekannten Halbleitergrundmaterialien. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung amorpher Halbleiterschichten zu schaffen, mit dem eine geringe elektronische Zustandsdichte (< gleich 10 hoch 17 cm hoch -3eV hoch -1 fuer Silizium) i. Ber. d. verbotenen Zone, d.h. eine gering e Dichte an Defekten z. B. in Form nichtabgesaettigter haegender stomarer Bindungen im amorphen Halbleitermaterial erreicht wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurchgeloest, dass d. Halbleitermaterial in irgendeiner Form (amorph oder (poly-) kristallin) als duenner Film auf eine nicht aus einkristallinem Material des aufzubringenden Filmes bestehende, gut waermeleitende Unterlagen (Substrat) aufgebracht und anschliessend mit einem kurzen, hochintensiven Energieimpuls so bestrahlt wird, dass die Impulsenergie vollstaendig in dem Halbleiterfilm absorbiert und dadurch dieser geschmolzen wird. Aufgrund des kurzen Energieimpulses erfolgt waehrend der Bestrahlung keine Aufheizung des Substrates durch Waermeleitung, so dass nach dem Impulsende ein sehr schnelles Abkuehlen der Halbleiterschicht - ein Abschrecken - durch Waermeleitung in das Substratmaterial erfolgt. Dadurch entsteht eine duenne glasartig-amorphe Schicht auf der Unterlage.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung glasartigamorpher Halbleiterschichten, wobei dieses amorphe Material eine geringe elektronische Zustandsdichte im Bereich des Energiegaps hat und somit in aktiven Bauelementen der Elektronik Anwendung finden kann. '

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Elektronik werden für aktive Bauelemente Halbleiter (insbesondere Silizium) in Form von einkristallinen Scheiben und epitaktischen -Schichten verwendet. Die Materialeigenschaften des für die Bauelemente verwendeten Halble.itermaterials beeinflussen wesentlich deren Funktionstüchtigkeit. Durch Verunreinigungen verursachte Abweichungen von den optimalen elektronischen Parametern (z. B. StörStellenniveaus in der verbotenen Zone) und Mikroinhomogenitäten (z. B. Kristallbaufehler,' Ausscheidungsagglemorate) im Bereich der pn-Übergänge beeinträchtigen die Fun! tion der Bauelemente. Daher ist man gezwungen, mit sehr aufwendigen Verfahren.reines Halbleitermaterial mit einer nahezu idealen Kristallstruktur herzustellen»

Für bestimmte Anwendungsfälle war der Preis des Halbleitergrundmaterials bisher keine kritische Größe, da z, B. in der Mikroelektronik der Preis von einkristallinen, hochreinen Siliziumscheiben mit weniger als 5 % in die Kosten des fertigen Bauelementes eingeht /K. Tempelhoff, Wissenschaft und Fortschritt 30_ (1980) 74/.-Für andere Anwendungsfälle z. B. die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen, i& dagegen die Herstellung von billigen Halbleiterschichten die Vor aussetzung für eine breite Anwendung /K. Tempelhoff, Wissenschaf: und Fortschritt 30 (1980) 74/. Die Herstellungskosten von Solarzellen aus Halbleitergrundmaterial können heute mit Hilfe moderner Technologien sehr niedrig gehalten werden_s so daß die Kosten des Halbleitergrundmaterials den Preis der Solarzellen bestimmen Energie mittels Solarzellen zu gewinnen ist somit wegen des hohe; Preises von Halbleitersilizium bisher nur in beschränktem Maße und für ganz spezielle Anwendungen ökonomisch.

Aus diesen Gründen versucht man gegenwärtig., "billige Solarzellen z_e B. unter Verwendung von polykristallinen Siliziumschichten herzustellen«, Wegen den Korngrenzen 'im polykristallinen Halbleitermaterial sind solche Halbleiterschichten für andere elektronische Bauelemente wenig geeignet.

Dagegen sind amorphe Halbleiter als Grundmaterial für einen vielseitigen Einsatz in der Elektronik'interessant, wenn es gelingt j die elektronische Zustandsdichte in der verbotenen Zone niedrig zu halten /Physics Today 12/1979, S. 20/. Eine relativ geringe Zustandsdichte in der verbotenen Zone hat hydrogenisiertes amorphes Silizium (ca. 10 ' cm eV ), das durch Abscheidung aus einer German- bzw. SilangasatmoSphäre unter Einwirkung einer Glimmentladung erhalten wird. Auf der Basis dieses Materials sollen insbesondere billige Solarzellen entwickelt werden, wobei gegenwärtig die Quantenausbeute noch zu niedrig, ist /Electronics 8 (1980) 40/. In /W.A, Spear, Adv. Phys,, 26 (1.977) 811/ wird eine kurze Übersicht über dieses Verfahren gegeben. .

Ein anderes Herstellungsverfahren ist das reaktive Sputtern in Wasserstoff /T.D. Moustakas, et. al., Solid State Comm. 22 (1977) 155/. Bei so hergestelltem Material ist die elektronische Zustandsdichte in der. verbotenen Zone höher als beim letztgenannten Verfahren« Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht aber darin, daß sich das Halbleitermaterial bei der Schichtaufbringung besser dotieren läßt»

In /A.K. Gosh, et. al., J. Appl. Phys. 50 (1979) 34-09/ wird über die Herstellung hydrogenisierter amorpher Siliziumfilme durch Elektronenstrahlverdampfung unter Einwirkung eines atomaren Wasserstoff Strahles berichtete Auch das Verfahren des Ionen-Plattierens wurde bereits in /F.H. Cocks et. al., Appl. Phys. Lett, 26 (1980) 909/ zur Herstellung hydrogenisierter amorpher Siliziumschichten herangezogen.

itTeben der Tatsache, daß die elektronische Zustandsdichte in der verbotenen Zone vtfn hydrogenisiertem amorphen Silizium noch relativ hoch ist, besteht für eine Anwendung in Solarzellen oder Dünnfilmtransistoren ein wesentlicher Nachteil darin, daß dieses Material bei etwa 350 ⁰C instabil wird, weil dann der Wasserstoff aus dem Material ausdiffundiert.

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Eine Verbesserung der. thermischen Stabilität scheint mit der Herstellung von fluoridiertem amorphen-Silizium in /H. Matsumura.-et. al., Appl. Phys. Lett. 36 (1980) 439/ und /Ή. Van Dong und C. Thuault, Phys. Lett. £5A (1980) 229/ gelungen zu'sein, da es sich zeigt, daß Fluor ebenso wie Wasserstoff die Dichte der elektronischen Zustände in der verbotenen Zone verringern kann und fluoridiertes amorphes Silizium seine Eigenschaften auch nach längerer Temperung bei 600 ⁰C kaum ändert. Die elektronische Zustandsdichte in der verbotenen Zone von fluoridiertem amorphen Silizium ist allerdings ebenso wie im hydrogenisiertem amorphen Silizium für viele Anwendungsfälle (z. B«. die Mikroelektronik) noch zu hoch. Hier wird besseres amorphes Halbleitermaterial (Silizium) mit einer nahezu idealen atomaren Nahordnung benötigt. Zu dessen Herstellung sind bisher noch keine Lösungen bekannt geworden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung kostengünstiger Halbleiterschichten, die teuere Halbleiterschichten oder -scheiben in der Elektronik ersetzen können und die hinreichend gute bzw. bessere elektronische Parameter besitzen als die bekannten Halbleitergrundmaterialien.

Darlegung des V/es ens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung amorpher Halbleiterschichten zu schaffen, mit dem eine geringe elektronische Zustandsdichte (<: 10 ' cm~ eV für Silizium) im Bereich der verbotenen Zone, d. h. eine geringe Dichte an Defekten z. B. in Form nich'tabgesättigter hängender atomarer Bindungen im amorphen Halbleitermaterial erreicht wird. Erfindungsgemäß· wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Halbleitermaterial in irgendeiner Form· (amorph oder (poly-)kristallj als dünner Film auf eine nicht aus einkristallinem Material des aufzubringenden Filmes bestehende, gut wärmeleitende Unterlage (Substrat) aufgebracht und anschließend mit einem kurzen, hochintensiven Energieimpuls so bestrahlt wird, daß die Impulsener-

ser geschmolzen wird. Aufgrund des kurzen Energieimpulses erfolgt während der Bestrahlung keine Aufheizung des Substrates durch Wärmeleitung, so daß nach dem Impulsende ein sehr schnelles Abkühlen der Halbleiterschicht - ein Abschrecken - durch Wärmeleitung in das Substratmaterial erfolgt. Dadurch entsteht eine dünne glasartig-amorphe Schicht auf der Unterlage. Dickere glasartig-amorphe Schichten werden dadurch erzeugt, daß ?;iederholt dünne Filme des Halbleitermaterials unterhalb der Umwandlungstemperatur amorph-(poly-)kristallin auf die schon amorphisierte Halbleiterschicht aufgebracht und anschließend wiederum durch einen entsprechenden Snergieimpuls in die amorphe Phase überführt werden«, Dickere aufgebrauchte Halbleiterfilme können nicht durch einen Energieimpuls glasartig amorphisiert werden, da für dicke geschmolzene Filme die Abkühlrate zu gering ist und das Material somit (poly-)kristallin erstarrt. Unter glasartig-amorphen Halbleitern werden hier Atomkonfigurationen verstanden, bei denen die von kristallinen Zustand her . bekannte Nahordnung weitestgehend erfüllt ist (keine bzw. nur wenige nichtabgesättigte hängende Bindungen)» die aber durch gestörte Bindungswinkel'keine Fernordnung aufweisen» Die Unterlage soll' so geartet sein, daß sie eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit-besitzt und nicht aus einkristallinem Material des aufzubringenden Filmes besteht. Wenn ihre Oberfläche amorph ist oder eine Kristallstruktur und/oder Gitterkonstante hat, die von der Kristallstruktur und Gitterkonstante des aufgebrachten Halbleitermaterials abweicht, wirkt sie nicht als Kristallisationskeim für das erstarrende Halbleitermaterial. Bei Fehlen von Kristallisationskeimen erstarren dünne flüssige Halbleiterschichten schon bei niedrigeren Abkühlraten amorph, verglichen mit dem Fall, daß Kristallisationskeime vorhanden sind. Solche Kristallisationskeime liegen' z. B«, vor, wenn polykristallines Material des aufzubringenden Filmes als Unterlage verwendet wird,, d. h. also Material, das die oben geforderten Eigenschaften nicht aufweist. Vorteiltiafterweise kann auch dieses i. a. billige Material eingesetzt werden, wenn es vor dem Aufbringen "des ersten Halbleiterfilmes durch einen entsprechend kurzen Energieimpuls so bestrahlt wird, daß nur eine Oberflächenschicht geringster Dicke aufgeschmolzen wird, die anschließend ν«! λ «t-\ tr\ 4- A m^_ q-m^-n^V* ai^ σ "H £3 Τ*Τ*Ή

Die Anforderungen an Energieimpulse zur Amorphisierung polykristallinen Substratoberflächen sind dabei besonders hoch, d. h. sie müssen in einer dünnen Oberflächenschicht absorbiert werden und kürzer sein als Energieimpulse, die der Amorphisierung anschließend aufgebrachter Halbleiterfilme dienen. Die Unterlage soll ein guter Wärmeleiter sein, damit es in der Abkühlphase nicht zu einem Wärmestau unter dem aufgebrachten erhitzten Halbleiterfilm kommt. Gute Wärmeleitung in der Unterlage resultiert in einer hohen Abkühlrate des geschmolzenen Halbleiterfilms. Bei gleicher Impulsdauer kann man daher durch Verwendung besser wärmeleitender Unterlagen dickere Halbleiterschichten amorph!sieren. Andererseits erreicht man durch Verwendung gut wärmeleitender Unterlagen schon für relativ lange Energieimpulse die notwendige Abkühlrate für ein glasartig-amorphes Erstarren. Die Unterlage kann elektrisch isolierendes, halbleitendes oder metallisches Verhalten besitzen. Der Energieimpuls (z. B. Läserlichtimpuls, Impuls beschleunigter Elektronen oder Ionen) muß so geartet sein, daß die Energie im wesentlichen in der zuletzt aufgebrachten Halbleiterschicht absorbiert wird (was z. B. durch die Wahl einer geeigneten Photonen-, Elektronen- bzw. Ionenenergie erreicht werden kann), daß die absorbierte Energie zum Aufschmelzen der zuletzt aufgebrachten Halbleiterschicht ausreicht und daß die Impulsdauer kurz genug für das geforderte schnelle Abschrecken der kurzzeitig geschmolzenen Halbleiterschicht ist.

Die Dicke des Halbleiterfilms, der auf die gut wärmeleitende Unterlage bzw. die schon amorphisierte Halbleiterschicht aufgebracht wird, muß so geartet sein, daß sie mit einem Energieimpuls geschmolzen werden kann, ohne daß an der Oberfläche des Halbleiterfilms die Siedetemperatur des Halbleitermaterials erreicht wird. Andererseits muß der Halbleiterfilm so dünn sein, ... daß die kritische Abkühlrate für. ein glasartig-amorphes Erstarre: überschritten wird. Bei angenommener Oberflächenabsorption der Energie sind die Abkühlrate sowie die maximal amorph!sierbare Schichtdicke im wesentlichen eine'Punktion der Energieimpulsdauer.

Das Aufbringen des Halbleitermaterials auf die Unterlage oder eine schon glasartig-amorphisierte Halbleiterschicht"in Form eines amorphen oder CiDoly-^kristai

te Verfahren geschehen (u. a. durch Abscheiden aus einer Gas~ atmosphäre (z. B, Silan), durch Aufdampfen, durch reaktives Sputtern, durch lonen-Plattieren)· "Die Temperatur einer schon glasartig amorph!sierten Halbleiterschicht darf beim Aufbringen eines weiteren Halbleiterfilms die Umwandlungstemperatur amorph-(poly-)kristallin nicht überschreiten, weil durch kristallisieren des glasartig-amorphen Materials störende Korngrenzen entstehen.

Mit der Erfindung können Heteroschichtstrukturen vorteilhaft dadurch hergestellt werden, daß nacheinander Halbleiterschichten verschiedener Materialien aufgebracht und bestrahlt werden. Dabei ist zu beachten, daß Halbleitermaterial mit der höheren Schmelztemperatur immer vor dem tiefer schmelzenden aufgebracht und bestrahlt werden muß. So muß z. B. eine glasartig-amorphe Siliziumschicht (Schmelztemperatur T„^x = 14-12 ⁰C) vor einer glasartig-amorphen Germaniumschicht (T . = 93? C) erzeugt werden, da bei einer umgekehrten Reihenfolge durch die.hohe Schmelztemperatur des Siliziums auch das darunterliegende Germanium geschmolzen wird und es zur Durchmischung der Halbleitermaterialien kommt. Desweiteren ist zu beachten, daß die Energie dichte des Impulses dem zu. behandelnden Material anzupassen ist, d. h. z_e B. eine Germaniumschicht erfordert weniger Energiedichte als eine gleichdicke Siliziumschicht bzw«, bei gleicher Energiedichte kann eine dickere Germaniumschicht glasartig amorphisiert v/erden. Unter Nutzung.der Erfindung können auch vorteilhaft dotierte p-. und η-leitende glasartig-amorphe Halbleiterschichten hergestellt werden, indem man nach bekannten Verfahren (z. B. werden im Silanprozeß dem Silan gasförmige Hydride wie BpHg bzw. PH^ beigemengt) direkt p» oder η-leitendes Halbleitermaterial auf die Unterlage oder eine schon vorhandene glasartig-amorphe Schicht ab-· scheidet. Während des Amorphisierungsprozesses werden die Dotanden in die entstehende Atomkonfiguration. eingebaut und somit, elektrisch aktiviert. Wird eine dicke glasartig-amorphe Halbleiterschicht durch wiederholtes Aufbringen und Amorphisieren dünner Halbleiterfilme hergestellt, so kann jeder dieser Filme entweder p-leitend, η-leitend oder undotiert hergestellt werden. Der Leitungstyp eines Halbleiterfilms kann auch durch'andere Dotierungsverfahren festgelegt werden₅ wie z.. B.« durch Ionenimplantation,

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wobei die Dotierung zweckmäßig vor dem glasartigen Amorphisierer erfolgt', da durch das nachfolgende Bestrahlen gleichzeitig eine gute elektrische Aktivität der. Fremdatome erreicht .wird. Ist die Unterlage metallisch und wird ein guter Ohmscher Kontakt zwischen dem zuerst erzeugten glasartig-amorphen Halbleiter film und der metallischen Unterlage gefordert, so kann dieser Kontakt erfindungsgemäß durch Legierungs- oder Verbindungsbildung (z. B. Silizidbildung) zwischen dem Material der Unterlage und dem aufgebrachten Halbleitermaterial in einem Verfahrensschritt mit der Amorph!sierung des zuerst aufgebrachten Halbleiterfilmes dadurch hergestellt werden, daß die Schmelztemperatur der Unterlage unter oder bei .der Schmelztemperatur des aufgebrac ten Halbleiterfilmes liegt und daß die Bestrahlung so erfolgt, daß durch den Energieimpuls für die Amorphisierung auch ein dünn Metallfilm an der Grenzfläche Unterlage-Halbleiterfilm geschmolzen wird. Für die Legierungsbildung mit Silizium kommen z. B. Al minium, aber auch andere niedrig schmelzende metallische Unterla gen in Frage. .

Soll die Legierungs- bzw. Verbindungsbildung des zuerst erzeugte glasartig-amorphen Halbleiterfilmes mit der Unterlage vermieden bzw. bei einer metallischen Unterlage eine gleichrichtende Grenz fläche wie eine Schottky-Barriere erzeugt werden, so muß die Unterlage eine Schmelztemperatur haben, die weit über der Schmelztemperatur des aufgebrachten Halbleitermaterials liegt. Für das Halbleitermaterial Silizium kommen dafür Molybdän, aber auch andere, hochschmelzende Metalle in Frage.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an fünf Ausführungsbeispielen erklärt werden. .... . . 1. Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung besteht darin, daß ein glasartig-amorpher Siliziumfilm für Anwendungsfälle in de; Elektronik hergestellt wird. Dazu wird zuerst eine ca. 50 mn dicke Siliziumschicht auf ein Metallsubstrat aufgedampft. Das Metallsubstrat soll z. B. aus Stahl bestehen, dessen Oberfläche durch eine 0,5 /um dicke Molybdänschicht veredelt wurde.

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_Durch -Bestrahlung mit der vierten Harmonischen eines gütegeschalteten Neodymlasers (Wellenlänge λ= 265 nm) mit einer Impulsdauer von weniger als 10 nsec und mit einer Energiedichte von maximal 1 Ws/cm wird die aufgedampfte Siliziumschicht glasartig amorphisiert. Durch wiederholtes Aufdampfen von ca» 50 nm dichen Siliziumschichten auf die schon glasartig-amorphisierte Schicht mit jeweils folgender Bestrahlung mit oben genanntem Laserimpuls wird eine glasartig-amorphe Siliziumschicht von 0,1 bis 2 /um Dicke erzeugt. Beim Aufdampfen der Siliziumschicht auf schon glasartig-amorphisiertes Silizium muß die Substrattemperatur unter der Umwandlungstemperatur amorph-kristallin (ca. 600 ⁰C für Silizium) bleiben. Durch Dotieren des Siliziums während des Aufdampfprozesses mittels bekannter Verfahren kann die glasartig-amorphe Schicht eine Grunddotierung (p- oder η-leitend) erhalten. Da die Schicht keine Korngrenzen wie polykristallines Silizium enthält und eine geringe elektronische Zustandsdichte in der verbotenen Zone hat, eignet sie sich als Grundmaterial für die Mikroelektronik, d, h. in sie können bipolare und unipolare Bauelemente eingebracht werden* Zu beachten ist, daß bei der Herstellung der elektronischen Bauelemente die Umwandlungstemperatur amorph-kristallin nicht längere Zeit überschritten werden darf, d. h. es dürfen nur Niedrigtemperaturprozesse wie z» 'B. die Ionenimplantation zur Anwendung kommen. Das Ausheilen der Implantationsschaden in der glasartig-amorphen Struktur und den Einbau der implantierten Ionen in die Struktur kann man erreichen, indem man nach der Ionenimplantation die Oberfläche durch oben genannten Laserimpuls erneut schmilzt und glasartig-amorph erstarren läßt bzw. noch vor dem Amorphisieren der zuletzt .aufgedampften Schicht die Fremdatome implantiert,, · . '

Anstelle eines Metallsubstrates kann für die aufzubringende glasartig-amorphe Siliziumschicht auch ein Substrat bestehend aus polykristallinen Silizium verwendet werden. Dieses Material besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit und ist i. a. billig»

Die Substratoberfläche wird vorteilhaft vorbehandelt, indem durch Bestrahlung mit der vierten Harmonischen eines gütegeschalteten Neodymlasers mit einer Energiedichte von maximal 0,5 Ws/cm und einer besonders kurzen Impulsdauer von etwa 1 nsec eine Oberflächenschicht geringster Dicke in den glasartig-amorphen Zustand überführt wird. Dadurch werden Keime für ein einkristallines Erstarren einer aufgebrachten, kurzzeitig geschmolzenen Schicht beseitigt und es können nun wie oben beschrieben dickere aufgebrachte Siliziumfilme (ca. 50 nm) durch längere Laserimpulse glasartig amorphisiert werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen glasartig-amorphen Siliziumschichten kann auch eine Alternative zur SOS (Silicon on Sapphire)-Technik realisiert werden. Bei der SOS-Technik wird eine einkristalline Siliziumschicht auf einer geeigneten, isolierenden Unterlage (Saphir) gezüchtet, wobei die Unterlage· Von hoher Kristallqualität sein muß und daher sehr teu-er ist» Bei der Herstellung einer glasartig-amorphen Siliziumschicht auf einer isolierenden-Unterlage wird dagegen lediglich gefordert, daß die Unterlage eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und daß ihre Schmelztemperatur über der des Siliziums liegt. Die Unterlage kann z. B. aus BeO- oder AIpOo-Kristallen geringer Qualität oder aus polykristallinem Materialien dieser Verbindungen bestehen, wobei sich insbesondere die bekanntendichtgebrannten AlgO,- und BeO-Reinoxidkeramiken anbieten. Beryllium- und Aluminiumoxid besitzen als Isolatoren eine relc tiv gute Wärmeleitfähigkeit (Ag₀Q ~ 200 W/mK; A_A1 q ^ 30 W/ml .dagegen Siliziumdioxid nur Ag_i0. ^ 1 W/mK). Die sonstige Weiterverarbeitung der Schicht, erfolgt unter Beachtung der oben gemachten Einschränkung analog der SOS-Technik. Eine glasartig-amorphe Siliziumschicht auf 'einem Substrat kani nach oben beschriebenen Verfahren auch vorteilhaft dadurch hergestellt werden, daß nach .bekannten Verfahren Filme aus hydrogen i si ert em oder fluoridiertem amorphen Silizium abgeschieden und jeweils anschließend glasart'ig-amorphisiert werden. Wasserstoff bzw. Fluor können.zu einer Verbesserung der elek-* tronischen Eigenschaften der Schicht führen.

Eine Möglichkeit für eine simultane Herstellung einer glasarti'g-amorphen Siliziumschicht und einer Legierungsschicht zwischen einer metallischen Unterlage und dem amorphen Silizium zwecks Ohmscher Kontaktbildung besteht nach der Erfindung darin, daß z. B. auf einen Stahlträger eine dünne Platinschicht (50 ... 500 nm dick) aufgedampft wird und daß auf diese Platinschicht eine dünne Siliziumschicht (20 ... 100 nm dick) aufgedampft und diese anschließend mit einem sehr kurzen (<1O ns) und intensiven (0,1 ₀.. 1 J/cm ) kurzwelligen Laserimpuls behandelt wird. Dabei kommt es zwischen der aufgedampften Platinschicht und der Siliziumschicht zur Legierungsbildung, die legierte Schicht besteht aus verschiedenen Suiziden. Auf diese erste glasartig-amorphisierte Schicht werden wie in Beispiel 1 weitere glasartig amorphisierte Schichten aufgebracht und das Substrat, z. B. zu einer Solarzelle weiterverarbeitet. Die laserinduzier-te Bildung der Legierungsschicht bringt den Vorteil, daß die Herstellung der sonst zur Sicherung eines guten Ohmschen Kontaktes zur Unterlage notwendigen, stark~n⁺-dotierten Siliziumschicht eingespart wird (s. a. Beispiel 3).

Die Herstellung einer Solarzelle unter Nutzung der Erfindung erfolgt z. B. dadurch, daß eine dünne Siliziumschicht (0,03 bis 0,1 /um dick) auf eine metallische Unterlage, z_e B« Stahl, abgeschieden wird. Diese Siliziumschicht wird anschließend durch Ionenimplantation z. B. mit Arsenionen stark dotiert. Mit einem sehr kurzen ( ^ 10 ns) und intensiven (0,1

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·.. 1 J/cm ) kurzwelligen Laserimpuls wird die aufgebrachte Siliziumschicht amorphisiert, wobei die eingeschossenen Dotierungsatome gleichzeitig elektrisch aktiviert werden, so daß ' eine n⁺-leitende glasartig-amorphe Schicht entsteht. Diese stark dotierte Schicht erzeugt einen Ohmschen Kontakt zur metallischen Unterlage«, Auf die schon glasartig-amorphisierte Siliziumschicht werden wiederholt dünne undotierte Siliziumfilme aufgebracht und jeweils anschließend wieder mit einem entsprechenden Laserimpuls glasärtig-amorphisiert. Hat die glasartig-amorphisierte Siliziumschicht eine Gesamtdicke von 0,2 bis 2 axb erreicht, so wird unterhalb der Umwandlungstem-. peratur amorph-kristallin ein dünner lichtdurchlässiger Pia-

amorphe Silizium eine Schottky-Barriere bildet. Zur Komplettierung der Solarzelle werden noch eine Antireflexionsschicht und ein Gitterkontakt aufgebracht. Eine Solarzelle auf der Basis von Ge, GaAs und anderer Halbleiter kann bei Verwendung geeigneter Dotierungsatome und Laserparameter nach dem gleichen Verfahren hergestellt werden,

4. Die Herstellung eines Vidikons unter Verwendung der Erfindung kann z. B. dadurch erfolgen, daß auf eine gut wärmeleitende durchsichtige Grundplatte (z. B. AIgO^) eine sehr dünne, durchsichtige und elektrisch leitende Schicht mit der Funktion einer Elektrode aufgebracht wird. Diese Schicht muß außerdem thermisch stabil sein und die Injektion von Defektelektronen ins Silizium blokieren, sie kann z. B. aus SnO₂ bestehen. Nun werden wie in Beispiel 1 dünne (^ 50 nm) Siliziumschichten aufgebracht und erfindungsgemäß glasartig-amorphisiert, bis die Gesamtdicke der glasartig-amorphisierten Schicht 1 c.» 2 /um beträgt. Anschließend wird eine poröse SboS-3-Schicht von etwa 0,1 /um Dicke aufgebracht, die als Elektronenstopper wirkt und Elektroneninjektion ins Silizium verhindert. Durch die Verwendung der erfindungsgemäß herge-

. stellten glasartig-amorphen Siliziumschicht anstelle des auch für. Vidikons bekannten hydrogenisierten amorphen Siliziums kann die Qualität des Photoleiters und damit die Fernsehbild-• ' qualität weiter verbessert werden. Soll die Bildaufnahme nich im sichtbaren, sondern in einem anderen Spektralbereich erfol gen, so kann im Vidikon ein anderes glasartig-amorphisiertes Halbleitermaterial (ζ. B. Germanium) als Potoleiter verwendet werden»

5. Unter Nutzung der Erfindung können Heteroschichtstrukturen bestehend aus Schichten verschiedener, glasartig-amorphisierter Halbleiter hergestellt werden. HeteroÜbergänge finden z.B in Heterophotodioden Anwendung. Dabei nutzt man gewöhnlich aus, daß der Halbleiter mit der breiteren verbotenen Zone E₁ für Photonen mit W<E durchlässig ist, d. h. ein sogenanntes Frontfenster bildet. Dies hat den Vorteil, daß die Umsetzung der Strahlung tief im Inneren des Bauelementes erfolgt, ?/o .der Einfluß der Oberfläche gering 1st. Eine Elektron-Def ektelöktrnn-GpriAT.q-h-i nn oT»f λ! ff-i- v-i-i-r. ο-,-,-ρ Αππ A~™ -ü^^^j-^.

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abgewandten Seite des pn-Überganges, dadurch kann die Generation von Minoritätsträgern in der Frontschicht und damit der Diffusionsanteil des Photοstromes völlig unterdrückt werden.

Eine Heteroschichtstruktur für eine Photodiode kann unter Ver- wendung der Erfindung hergestellt werden, indem z. B. auf eine gut wärmeleitende durchsichtige Unterlage wie Al₂Oo ein dünner durchsichtiger elektrisch leitender Film mit einer hohen Schmelztemperatur aufgebracht wird, der beispielsweise aus einem ca. 5 μ dicken Platinfilm oder einer dickeren Zinnoxidschicht bestehen kann. Auf die elektrisch leitende Schicht werden drei-.mal ca. 20 mn dicke amorphe oder polykristalline Siliziumschichten abgeschieden und jeweils anschließend mit der vierten Harmonischen eines gütegeschalteten Nd-YAG-Lasers mit einer Impulsdauer von ca, 1 nsec und mit einer Energiedichte von maxi-

mal 1 V/s/cm glasartig amorphisiert. Die Siliziumschichten können z. Bo durch den bekannten Silanprozeß aus der Gasphase abgeschieden werden« Das aufgebrachte Silizium wird nach bekannten Verfahren 'während des Abscheidungsprozesses mit n~dotierenden Fremdatomen wie z. B„ Phosphor versetzt, welches im Amorphisierungsproze'ß elektrisch aktiviert wird. Auf die 60 nm dicke, η-leitende glasartig-amorphisierte Siliziumschicht, werden nun dreimal ca. 40 m dicke Germaniumschichten aufgebracht und jeweils anschließend mit oben beschriebenem Laserimpuls glasartig amorphisiert. Das Germanium wird während des Abscheidungsprozesses mit p-dotierten Fremdatomen wie z. B. Gallium .versetzt, das durch den Amorphisierungsprozeß.gleichfalls elektrisch aktiviert wird. Anschließend wird auf die glasartigamorphisierte Germaniumschicht eine elektrisch gut leitende Schicht aufgebracht. · . ·

Außer beim Amorphisierungsprozeß selbst darf bei allen Verfah-.rensschritten die Umwandlungstemperatur amorph-kristallin (ca„ 600 ⁰C für Si, ca. 300 ⁰G für Ge) nicht-überschritten werden.. Außerdem muß beachtet werden, daß das Halbleitermaterial mit der höheren Schmelztemperatur (hier Silizium mit 1412 ⁰C) vor dem tiefer schmelzenden Halbleitermaterial (hier Germanium mit 937 ⁰C) aufgebracht und glasartig-amorph.isie.rt wird.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch.

   1. Verfahren zur Herstellung einer glasartig-amorphen Halbleiterschicht auf einem Substrat, gekennzeichnet dadurch, daß ein bzw. mehrere dünne Filme aus Halbleitermaterial nacheinander auf eine Unterlage aufgebracht werden, welche eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und eine Oberfläche aufweist, die nicht aus einkristallinem Material des aufzubringenden Filmes besteht, und daß jeder aufgebrachte Halbleiterfilm mit einem kurzen und intensiven Energieimpuls so bestrahlt wird, daß die Energie im Film vollständig absorbiert und er somit kurzzeitig geschmolzen wird, wobei jeder auf einem bereits erzeugten Halbleiterfilm aufzubringende weitere dünne Film nach dem Erstarren des vorherigen Filmes bei einer Temperatur unterhalb der Umwändlungstemperatur amorph-(poly-)

   . kristallin aufgebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Unterlage polykristallines Material des aufzubringenden ersten Halbleiterfilmes verwendet wird und daß vor dem Aufbringen dieses Filmes durch .einen entsprechend kurzen Energieimpuls die Unterlage so bestrahlt wird, daß nur eine. Oberflächen-

   schicht geringster Dicke aufgeschmolzen wird, die anschließend glasartig-amorph erstarrt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nacheinander Halbleiterschichten verschiedener Materialien aufgebracht und bestrahlt werden.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die jeweils zuletzt aufgebrachte Halbleiterschicht während

   . des Abscheidungsprozesses oder daran anschließend, jedoch vor der Bestrahlung, mit einer üblichen Technik dotiert wird, wobei die Temperatur des schön glasartig-amorphisierten HaIb-.leitermaterial unter der Umwändlungstemperatur amorph-(poly-) kristallin bleibt. · .
5. 5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Halbleiterschicht auf eine metallische Unterlage aufgebracht wird, deren Schmelztemperatur unter oder bei der Schmelztemperatur

   der aufgebrachten Halbleiterschicht liegt und daß die Be~ strahlung so erfolgt, daß .durch den Energieimpuls für die Amorphisierung auch ein dünner Metallfilm an der Grenzfläche Unterlage-Halbleiterschicht geschmolzen wird.

   Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die dünne Halbleiterschicht auf eine metallische Unterlage aufgebracht wird, deren Schmelztemperatur ·so weit über der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials liegt, daß sie durch die Bestrahlung nicht angeschmolzen wird.