DE19652471B4

DE19652471B4 - Verfahren zur Wasserstoffpassivierung von Verbindungshalbleitern

Info

Publication number: DE19652471B4
Application number: DE1996152471
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Phys. Dr. Lippold; Axel Dipl.-Phys. Dr. Schindler; Karsten Dipl.-Phys. Otte; Frieder Prof. Dipl.-Phys. Dr. Bigl
Original assignee: Bigl Frieder Prof
Current assignee: OC3 AG, DE
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: DE19652471A1

Abstract

Verfahren zur Wasserstoffpassivierung von Verbindungshalbleitern, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantation des Wasserstoffs in einer Vakuumkammer mit einem Wasserstoff-Partialdruck in der Nähe des Verbindungshalbleiters von < 1,3 × 10^–3 Pa stattfindet, die Ionenenergie zwischen 100 und 500 eV liegt, die Stromdichte 0,05 bis 500 μA/cm² und die Temperatur des Verbindungshalbleiters 100 bis 300°C zur Beschleunigung der Diffusion des Wasserstoffs ist.

Description

Anwendungsgebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Passivierung von Verbindungshalbleitern mittels niederenergetischer Wasserstoff-Implantation und Temperung des Materials.
Stand der Technik:
Es ist bekannt, daß atomarer Wasserstoff in einer Vielzahl von Halbleitern sowohl Substitutionsstörstellen, als auch Eigendefekte passivieren kann. Dies wurde sowohl für Elementhalbleiter ( DE 3616101 A1 , US 4605447 ; GB 2175137A ; J. C. Muller et al., Solar Cells 17 (1986), Seite 201), als auch für Verbindungshalbleiter ( US 5510272 , US 5059551 ) demonstriert. Die Literatur zum Stand der Technik ist in mehreren Übersichtsbänden recht vollständig zusammengefaßt [J. I. Pankove and N.M. Johnson, Hydrogen in Semiconductors, Semiconductors and Semimetals Series vol. 34, ed. by R. K. Willardson and A.C. Beer, (Academic Press, New York, 1990)], sowie [S. J. Pearton, J. W. Corbett, and M. Stavola, Hydrogen in Crystalline Semiconductors, (Springer, Berlin, 1992)] und [S. J. Pearton (ed.), Hydrogen in compound semiconductors, Mat. Sci. Forum 148–149, (Trans Tech Publ., Aedermannsdorf, Switzerland, 1994)]. Die Passivierung ist dadurch charakterisiert, daß die elektronischen Zustande der Störstellen aus der Halbleiter-Bandlücke entfernt werden und die Störstellen mit dem Wasserstoff elektrisch neutrale Komplexe bilden. Dies hat wesentlichen Einfluß auf optische und elektrische Eigenschaften der Materialien. Beispielsweise können dadurch Effekte einer Dotierung mit Fremdatomen, die zu elektrisch aktiven Störstellen führen, weitgehend reduziert werden. Die Passivierung durch atomaren Wasserstoff führt in diesem Fall sowohl zur Verringerung der Konzentration frei beweglicher Ladungsträger, als auch zur Erhöhung der Ladungsträgerbeweglichkeit durch Ausschaltung geladener Streuzentren. Die optoelektronischen Eigenschaften werden durch die Passivierung von Rekombinationszentren beeinflußt. Auch energetisch tiefe Störstellen, die häufig durch Eigendefekte oder Defektkomplexe entstehen, können durch atomaren Wasserstoff passiviert, und damit hinsichtlich unerwünschter Einflüsse auf optisch-elektronische Eigenschaften ausgeschaltet werden. Auch ausgedehnte Defekte, wie beispielsweise Korngrenzen in polykristallinen Halbleiterschichten, werden durch Anlagerung von Wasserstoff an freie Bindungen beeinflußt. Dies wurde am Beispiel der Wirkungsgradsteigerung in Siliziumsolarzellen durch Passivierung von Korngrenzen und Defekten demonstriert ( US 5510272 ). Durch Reduzierung von Potentialbarrieren an Korngrenzen können beispielsweise bei polykristallinen Siliziumschichten die Ladungstransporteigenschaften denen von einkristallinen Schichten angenähert werden.
Beim Silizium ist die Anwendung von atomarem Wasserstoff Stand der Technologie und kommt beispielsweise bei der Herstellung von hydrogenisierten amorphen und polykristallinen Silizium-Solarzellen zum Einsatz. In der Patentschrift GB2175137A wird beschrieben, daß die Schädigung und Beschichtung der Oberfläche von polykristallinem Silizium durch die Wasserstoff-Implantation in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen als Maske für die weitere Metallisierung nutzbar ist. Untersuchungen zur Wasserstoffpassivierung existieren auch zu einer Reihe von III-V- und II-VI-Verbindungshalbleitern.
Zur Passivierung von Störstellen muß der Wasserstoff in atomarer Form in die Halbleitersysteme gebracht werden. Dazu werden zwei Technologien genutzt. Die am häufigsten eingesetzte Methode ist die Erzeugung von atomarem Wasserstoff in einem Hochfrequenzwasserstoffplasma, dem eine geheizte Halbleiteroberfläche unmittelbar ausgesetzt wird. Dies ermöglicht die Eindiffusion des Wasserstoffs. Um die unmittelbare Wechselwirkung des Plasmas mit der Halbleiteroberfläche zu vermeiden, wird das Verfahren zuweilen dadurch modifiziert, daß die zu hydrogenisierende Probe räumlich von der unmittelbaren Plasmaentladung getrennt wird, indem die H-Ionen mittels einer angelegten Hilfsspannung zum Target geführt werden.
Eine weitere Möglichkeit zum Einbringen atomaren Wasserstoffs in Halbleiter ist die Protonenimplantation. Bereits ohne Temperung der Proben kann durch Wahl der Implantationsenergie ein gewünschtes Konzentrationstiefenprofil eingestellt werden.
Insbesondere ist durch höhere Ionenenergien (einige hundert keV) auch die Deposition von Wasserstoff einige Mikrometer unterhalb der Oberfläche möglich.
Durch Temperung nach der Implantation kann das Tiefenprofil der Wasserstoffkonzentration variiert bzw. eine über den gewünschten Tiefenbereich weitgehend homogene H-Konzentration eingestellt werden.
Die beim Stand der Technik erläuterten Verfahren zur Hydrogenisierung von Silizium, vor allem durch Plasma- und Ionenstrahlverfahren, lassen sich nicht zur schädigungsarmen Passivierung des gesamten Probenvolumens von Verbindungshalbleitern anwenden. Zum Teil werden bei diesen Verfahren die Oberflächen gezielt zerstört, um im nachfolgenden Schritt als Maske zu dienen ( GB 2175137A ) oder die Innenenergien sind zu groß (J. C. Muller et. al. Solar Cells 17 (1986), Seite 201) für eine schädigungsfreie Passivierung. Diese Verfahren nutzen während der Implantation keine Temperung für die Herstellung eines gezielten Konzentrationsprofils durch Wasserstoff-Diffusion. Da das Augenmerk nicht auf der schädigungsarmen Hydrogenisierung durch Diffusion, sondern auf der Implantation einer hohen Wasserstoffdosis in einer kurzen Prozeßdauer lag, verwenden alle für das Silizium beschriebenen Verfahren möglichst hohe Stromdichten. Im Gegensatz zum Silizium spielt bei Verbindungshalbleitern aber die nichtstöchiometrische Dekomposition auf Grund von Komponenten mit unterschiedlichen Atommassen und chemischen Eigenschaften bei Ionenstrahl- und Plasmaprozessen eine große Rolle. Bei der Ionenimplantation in Verbindungshalbleiteroberflächen muß deshalb ein zu hoher thermischer Energieeintrag und eine zu hohe Konzentration von reaktivem atomarem Wasserstoff in einem oberflächennahen Bereich der Probe, verursacht durch eine hohe Strahlstromdichte, vermieden werden. Die genannten Verfahren sind deshalb nicht ohne wesentliche Veränderungen zur schädigungsarmen Hydrogenisierung von Verbindungshalbleitern einsetzbar.
Die Hydrogenisierung durch Diffusion aus dem Wasserstoffplasma ist mit dem Nachteil verbunden, daß durch den unmittelbaren Kontakt mit dem Niederdruckplasma ein hoher thermischer Energieeintrag in die obersten Atomlagen der Halbleiteroberfläche erfolgt. Dies führt vor allem bei bestimmten Verbindungshalbleitern, wie zum Beispiel InP, zur starken Schädigung der Oberfläche. So erfolgt beim InP durch Bildung von Phosphorwasserstoff, der in die Gasphase übergeht, eine Phosphorverarmung des oberflächennahen Probenbereiches. Ähnliche Effekte wurden auch beim CuInSe₂ beobachtet [M. V. Yakushev, A. Zegadi, H. Neumann, P.A. Jones, A.E. Hill, R.D. Pilkington, M.A. Slifkin, R.D. Tomlinson, Effect of plasma hydrogenation an the defect properties of CuInSe₂ single crystals, Cryst. Res. Technol. 29 (1994) 427], wo die Plasma-Hydrogenisierung ebenfalls zu einer Zersetzung des Halbleitermaterials bis zur Metallisierung der Oberfläche führt, wobei Schädigungstiefen bis zu mehreren Mikrometern entstehen können.
Für die Hydrogenisierung von Dünnschichten derartiger Verbindungshalbleiter ist die Diffusion aus dem H-Plasma deshalb ungeeignet. Die Modifizierung der Methode durch Erhöhung des Dampfdrucks der flüchtigen Verbindungskomponente in der Anlage, durch räumliche Trennung der Probe vom unmittelbaren Plasmabereich durch „downstream"-Geometrien oder Extraktion der Ionen aus dem Plasma mittels eines elektrischen Feldes, führt zwar zur Verringerung der Schäden, kann diese jedoch nicht völlig vermeiden [S. Balasubramanian, V. Kumar, N. Balasubramanian, Reduced phosphorus loss from InP surface during hydrogen plasma treatment, Appl. Phys. Lett. 64 (1994) 1696]. In US 5059551 wird zum Beispiel die Verwendung einer Ga_xIn_1-xAs-Schutzschicht auf dem InP-Substrat vorgeschlagen. Dies hat aber den Nachteil eines zusätzlichen Prozeßschrittes der Abscheidung (z.B. MOCVD) und späteren Wiederentfernens der Schutzschicht.
Die häufig zur Einbringung von Wasserstoff in Halbleitertiefenbereiche von bis zu mehreren Mikrometern eingesetzte Ionenimplantation erzeugt ebenfalls Defekte im Material, und zwar durch die dafür erforderliche hohe kinetische Energie der Ionen. Sowohl die implantierten Ionen selbst, als auch sekundäre Teilchen (angestoßene Atome des Kristallgitters) bauen ihre Energie durch Stoßkaskaden ab und erzeugen dabei defektreiche Kanäle. Während ein H-Atom bestenfalls eine Störstelle im Kristall passivieren kann, wird durch dessen Implantation in der Regel eine Vielzahl von Defekten erzeugt. Diese müssen in nachfolgenden Temperschritten ausgeheilt werden. Bei den typisch dazu notwendigen Temperaturen kann zum einen der Wasserstoff schnell diffundieren, zum anderen können durch Diffusionsprozesse auch Bauelementestrukturen negativ beeinflußt werden.
Ein wesentlicher technologischer Nachteil der hochenergetischen Implantation von Wasserstoff in Mikrometer tiefe Bereiche von Halbleiterschichten ist die Notwendigkeit der Nutzung von kostenintensiven speziellen Ionenbeschleunigern, die in der Regel hinsichtlich des verfügbaren Strahlquerschnitts nicht zur homogenen Implantation etwa von Dünnschicht-Solarzellen mit mehr als 100 cm² Fläche geeignet und außerdem hinsichtlich der verfügbaren Strahlstromdichte limitiert sind. Weiterhin sind in ausgedehnten Anlagen UHV-Bedingungen erforderlich. Sicherheitsaspekte im Zusammenhang mit hohen Spannungen und auftretender Röntgenemission müssen beachtet werden.
Aufgabe der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Hydrogenisierung dünner Verbindungshalbleiter-Schichten (im folgenden auch Probe genannt) weitgehend ohne Erzeugung zusätzlicher Defekte an der Oberfläche oder im Volumen erlaubt, um eine möglichst effektive Passivierung der vorhandenen Störstellen und Defekte zu erreichen. Dazu muß der unmittelbare Angriff von atomarem Wasserstoff bzw. von Radikalen an der Probenoberfläche weitgehend ausgeschaltet werden. Weiterhin muß ein Energieübertrag an Atome des Kristallgitters, der zur Erzeugung von Gitterdefekten ausreicht, vermieden werden. Das Verfahren soll für die kostengünstige Hydrogenisierung großflächiger Dünnschichten in einem Prozeßschritt einsetzbar sein.
Lösung der Aufgabe:
Die zur Oberflächenschädigung führende Wechselwirkung des atomaren Wasserstoffs mit der Probenoberfläche wird erfindungsgemäß dadurch ausgeschaltet, daß der Wasserstoff-Partialdruck in Probennähe im Druckbereich 1,3 × 10^–3 Pa oder kleiner gehalten wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der atomare Wasserstoff in einem Bereich mit höherem Druck (Ionenquelle) erzeugt, und von dort in einem Ionenstrahl zur Probe geführt wird. Die Ionenquelle kann entweder mit reinem Wasserstoff, oder, falls mit einer Einrichtung zur Separation der Ionenmassen ausgerüstet, auch mit einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch betrieben werden.
Im letzteren Fall kann der Gesamtdruck in der Vakuumkammer so niedrig gewählt werden, daß der Wasserstoff-Partialdruck die oben angegebene Grenze nicht überschreitet und die freie Weglänge der H-Ionen wenigstens dem Abstand zwischen Ionenquellenaustrittsöffnung und Probe entspricht. Die Wechselwirkung des im Ionenstrahl geführten Wasserstoffs mit der unmittelbaren Probenoberfläche wird dadurch vermieden, daß die Ionenenergie ausreichend hoch gewählt wird, um den Wasserstoff einige Nanometer (Tiefenbereich 5–10 nm) unterhalb der Probenoberfläche zu deponieren. In Abhängigkeit vom jeweiligen zu hydrogenisierenden Materialsystem werden dazu Mindestenergien im Bereich von etwa 100 eV genutzt.
Die Aufgabe der schädigungsfreien Innenimplantation wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Wasserstoff-Implantation bei ausreichend niedrigen Energien erfolgt, um beim Stoß mit Atomen des Kristallgitters den zur Erzeugung von Frenkel-Defekt-Paaren notwendigen Energieübertrag zu unterschreiten. Ebenfalls abhängig vom jeweiligen Materialsystem, liegen diese Energien unterhalb von etwa 500 eV. Ein wesentlicher Aspekt der Lösung ist die Implantation bei erhöhter Targettemperatur, so daß die Diffusion des Wasserstoffs in das Volumen beschleunigt wird. Die Verteilung des Wasserstoffs innerhalb der gewünschten Schichtdicke erfolgt damit durch den niederenergetischen Prozeß der thermischen Diffusion.
Die unmittelbare Diffusionsquelle liegt im Gegensatz zur Diffusion aus dem Plasma nicht mehr außerhalb der Probe, sondern wird erfindungsgemäß durch die Implantation des atomaren Wasserstoffs in den oberflächennahen Bereich der Probe selbst verlegt und aus dem Ionenstrahl kontinuierlich oder im Impulsbetrieb nachgespeist. Ionenstrahlstromdichte und Targettemperatur werden so eingestellt, daß das Gleichgewicht aus Abdiffusion (in die Tiefe des Materials aus der Implantationszone) und Nachlieferung aus dem Ionenstrahl zu einer H-Konzentration in der als Diffusionsquelle wirkenden, unmittelbar implantierten Schicht führt, die die in tieferen Bereichen zu erzielende H-Konzentration deutlich überschreitet, in der implantierten oberflächennahen Schicht aber noch nicht zur Schadenbildung führt. Sowohl die Implantation, als auch die Temperung können gleichzeitig, aber auch zeitversetzt und im Impulsbetrieb erfolgen. Die Ionenstrahlstromdichte wird so gewählt, daß unter Berücksichtigung von Wasserstoff-Verlustmechanismen wie Rückstreuung und Ausdiffusion während der Implantationsdauer gerade die Wasserstoffmenge implantiert wird, die zur Defektpassivierung innerhalb des durch Diffusion bei der gewählten Temperatur innerhalb dieser Zeit durch den Wasserstoff erreichbaren Volumens erforderlich ist.
Vorteile der Erfindung:
Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß durch die Implantation des atomaren Wasserstoffs die unmittelbare Wechselwirkung eines Plasmas mit der Probenoberfläche vermieden wird, während aber gleichzeitig die Erzeugung von Defekten im implantierten Volumen wegen der niedrigen kinetischen Implantationsenergien nicht möglich ist. Das Eindringen des atomaren Wasserstoffs durch die Probenoberfläche erfolgt durch Implantation, seine Verteilung über den gewünschten Tiefenbereich aber durch thermische Diffusion. Damit vereinigt das Verfahren in sich Vorteile anderer Hydrogenisierungsmethoden, während deren Nachteile aber vermieden werden. Prinzipiell ist das Verfahren damit in der Lage, bei geeigneter, an das jeweilige Materialsystem angepaßter Prozeßführung (Diffusionstemperatur, Ionenstrahlstromdichte, Dauer) beliebige Halbleitersysteme bis in eine wählbare Tiefe zu hydrogensieren, wobei sowohl die Schädigung der Oberfläche, als auch die Defekterzeugung in tieferen Bereichen der Probe vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Kompatibilität des Verfahrens mit den in vielen Halbleiter-Beschichtungsanlagen üblichen Hochvakuumbedingungen. Zur Einfügung eines Hydrogenisierungs-Prozeßschrittes genügt daher die Montage einer geeigneten Ionenquelle an einem Flansch einer solchen Anlage.
Von Vorteil ist die Nutzung von Ionenquellen, die prinzipiell auch mit anderen Gasen oder Gasbeimischungen zum Wasserstoff betrieben werden können. Dies ermöglicht die Kombination von Oberflächenreinigung bzw. -abtrag durch Sputtern und Wasserstoffpassivierung in einem Prozeßschritt.
Vorteilhaft gegenüber der Diffusion aus dem Plasma ist beim hier beschriebenen Verfahren die gute Dosierbarkeit des in die Probe eingebrachten Wasserstoffs.
Die eingesetzte Ionenquellentechnik ist, verglichen mit Ionenbeschleunigern, sehr kostengünstig und auch für die gleichzeitige lateral homogene Hydrogenisierung großer Flächen hochskalierbar.
Beispielbeschreibung
Im folgenden wird ganz allgemein das Verfahren der defektfreien Passivierung von Verbindungshalbleiters dargestellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter anderem dadurch gelöst, daß eine kontrollierte, betragsmäßig den Untergrundpegel überschreitende Menge von Wasserstoff in der Größenordnung von 1 bis 100 cm³/min bei Standardbedingungen (T = 0°C und 101,3 Pa) in eine für die Passivierung verwendete Ionenquelle eingeführt wird. Diese Ionenquelle wird vorzugsweise bei einem Druck im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 10 Pa (Wasserstoff) betrieben. Das Potential zwischen der Ionenquelle und dem Substrat beträgt hauptsächlich 10 bis 500 Volt Gleichspannung und die Strahlstromdichte am Substrat liegt im Bereich zwischen etwa 0,05 und 500 μA/cm². Eine Bestrahlungsdauer im Bereich von etwa 10 bis 90 Minuten hat sich als angemessen erwiesen, um den Verbindungshalbleiter zu passivieren. Das Substrat befindet sich im allgemeinen in einer Entfernung von 5 bis etwa 30 cm von der Ionenquelle und wird während des Implantationsvorganges auf eine Temperatur von etwa 100 bis etwa 300°C erhitzt. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, kann der Ionenstrahl während des Implantationsvorganges durch z.B. einen Wolfram-Glühfaden neutralisiert werden.
Beispiel 1:
Als ein Beispiel wird die Passivierung einer 1,6 μm dicken GaAs Epitaxieschicht durch das vorstehende Verfahren beschrieben. Die Passivierung erfolgt in der Weise, daß die Probenstücke für die Dauer von 60 Minuten mit einem Wasserstoff-Ionenstrahl einer Ionenquelle vom Kaufman-Typ bestrahlt wurden, bei einem Beschleunigungspotential von 200 eV und einer Strahlstromdichte von 30 μA/cm². Zur Diffusion des Wasserstoffs durch die Epitaxieschicht wurden die Proben auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Der Durchsatz des Wasserstoffs in die Ionenquelle betrug 15 cm³/min und erzielte einen Druck in der Quelle von etwa 3,5 Pa.
Nach der Passivierung wurden die Proben mittels RAMAN-Spektroskopie auf eine mögliche oberflächennahe Kristallschädigung und mit Hilfe von Halleffekt- und Leitfähigkeitsmessungen nach van der Pauw auf die erfolgte Passivierung von elektrisch aktiven Störstellen überprüft. Als Vergleich dienten Teile derselben Probe, die nicht mit Wasserstoff implantiert wurden. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1
Die Verringerung der Trägerkonzentration und die Vergrößerung der Ladungsträgerbeweglichkeit bei den während des Implantationsvorganges getemperten Proben gegenüber der nicht behandelten Vergleichsprobe ist offensichtlich. Eine Schädigung der Kristallstruktur erfolgt nur bei der ungetemperten Probe. Temperaturabhängige Messungen der Ladunsgsträgerbeweglichkeit zeigen außerdem, daß tatsächlich die Konzentration geladener Streuzentren reduziert wurde.
Beispiel 2 (nachgereichtes Beispiel):
Als ein weiteres Beispiel soll die schädigungsarme Passivierung von einer CuInS₂-Dünnschicht mittels niederenergetischer Wasserstoffimplantation beschrieben werden. Die Passivierung erfolgt in der Weise, daß die Probenstücke für die Dauer von 60 Minuten mit einem Wasserstoff-Ionenstrahl einer Ionenquelle vom Kaufman-Typ bestrahlt wurden, bei einem Beschleunigungspotential von 300 eV und einer Strahlstromdichte von 2 μA/cm². Zur Diffusion des Wasserstoffs durch die Epitaxieschicht wurden die Proben auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Der Wasserstoffs-Zustrom in die Ionenquelle betrug 15 cm³/min und Druck in der Quelle etwa 3,5 Pa.
Vor und nach der Hydrogenisierung wurde das Wasserstoff-Konzentrationsprofil in der Schicht mit der ¹⁵N-Resonanz-Kernreaktionsmethode vermessen. Dabei wurde die Wasserstoff-Diffusion in das Schichtvolumen nachgewiesen Während die kinetische Reichweite der H-Ionen bei 300 eV weniger als 10 nm beträgt, wurde nach der Niederenergie-Implantation in die geheizte Probe ein langestreckter Diffusionsausläufer gefunden, in dem die Wasserstoffkonzentration noch in 0.5 μm Tiefe die Nachweisgrenze von 1·10¹⁹ cm^–3 übersteigt. Die Probe wurde mittels Raman-Spektroskopie auf eine mögliche oberflächennahe Kristallschädigung und mit Hilfe von Photolumineszenzmessungen auf die Passivierung von elektrisch aktiven Störstellen überprüft. Als Vergleich dienten Teile derselben Probe, die nicht mit Wasserstoff implantiert wurden. Es war keine Schädigung des Kristallgitters durch den Implantationsprozeß nachweisbar. Die Intensität der Band-Band-Photolumineszenzemission nahm dagegen um mehr als eine Größenordnung zu. Diese Resultate lassen sich als schädigungsarme Passivierung von Rekombinationszentren (Störstellen) interpretieren.
Das vorstehend beschriebene bevorzugte Verfahren kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden, ohne daß hierbei der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So kann z.B. der Ionenstrahl durch eine Einloch-Ionenquelle erzeugt werden und über die Probe gescannt werden oder ein durch Abbremsung erzeugter Ionenstrahl eines Teilchenbeschleunigers verwendet werden.
Selbstverständlich ist das erfindungsgemaße Verfahren nicht auf die Passivierung von GaAs beschränkt. So können beispielsweise andere binäre, ternäre oder multinäre Verbindungshalbleiter, wie III-V- oder auch I-III-VI₂-Verbindungen (z.B. CuInSe₂ für Dünnschichtsolarzellen) mit dem dargestellten Verfahren zum Zwecke der Defektpassivierung hydrogenisiert werden.

Claims

Verfahren zur Wasserstoffpassivierung von Verbindungshalbleitern, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantation des Wasserstoffs in einer Vakuumkammer mit einem Wasserstoff-Partialdruck in der Nähe des Verbindungshalbleiters von < 1,3 × 10^–3 Pa stattfindet, die Ionenenergie zwischen 100 und 500 eV liegt, die Stromdichte 0,05 bis 500 μA/cm² und die Temperatur des Verbindungshalbleiters 100 bis 300°C zur Beschleunigung der Diffusion des Wasserstoffs ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Probe bzw. von Teilen der Probe während der Implantation kurzzeitig oder während des gesamten Implantationsvorgangs auf 100 bis 300°C erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Probe bzw. von Teilen der Probe während und nach der Implantation auf 100 bis 300°C erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff-Ionenstrahl unter Verwendung einer Breitstrahlionenquelle entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff-Ionenstrahl unter Verwendung einer Einloch-Ionenquelle entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff-Ionenstrahl unter Abbremsung eines Ionenstrahls aus einem Teilchenbeschleuniger erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ionenstrahl aus Wasserstoff und/oder einer wasserstoffhaltigen Verbindung besteht und danach durch einen Massenseparator getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl zeitlich konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Ionenstrahl zeitlich variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl gepulst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl über die Probe gescannt wird.