DE2743141C2 - Halbleiterbauelement mit einer Schicht aus amorphem Silizium - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einer Schicht aus amorphem Silizium

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Description

gleichrichter-Eigenschaften in Dunkelheit. In den genannten Druckschriften wird die Herstellung von
erfindungsgemäßen Zusammensetzung von solchem, das in herkömmlicher Art durch Glimmentladung in
amorphem Silizium durch Glimmentladung in Silan bei 35 vollständig reinem Silan, SiH4, hergestellt wird, dadurch, gleichzeitiger Dotierung zum Bilden von pn-Übergän- daß es ein Halogenelement enthält, das im bekannten gen beschrieben. Die angegebenen Herstellungsverfahren sind jedoch für einen wirtschaftlichen Einsatz noch
zu aufwendig. Ein gleichzeitiges Vorhandensein von
amorphem Silizium nicht vorhanden ist.
Die Schicht 12 befindet sich auf einer Oberfläche eines Substrats 14 des Bauteils 11. Das Substrat 14 besteht Wasserstoff neben dem Niederschlagsgas ist nicht vor- 40 aus einem Material, das für das Aufbringe:, der Schicht gesehen. Es wird auch an keiner Stelle ausdrücklich er- 12 durch Glimmentladung geeignet ist, wofür nichtrowähnt, das abgeschiedene amorphe Silizium enthalte
Wasserstoff zum Kompensieren von Baumelbindungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement eingangs genannter Art zu schaffen, 45
dessen Herstellung, insbesondere der aus amorphem Silizium bestehenden Bereiche, unter Steigung der Qualität noch kostengünstiger durchzuführen ist. Die erfindungsgemäße Lösung besteht für ein Halbleiterbauelement mit einer Schicht aus amorphem Silizium darin, 50 übergängen. Der Wasserstoff hilft offensichtlich, das daß die Schicht bis zu 7 Atom-% eines Halogens der Halogen zu gettern, so daß das amorphe Silizium nur Chlor, Brom und Jod umfassenden Gruppe enthält. relativ wenig Halogen, d. h. ungefähr 7 Atom-% oder
Dadurch, daß die Schicht aus amorphem Silizium er- weniger, enthält. Wenn der Halogengehalt zu hoch wird, findungsgemäß eines der Halogene enthalten kann, wird werden die elektrischen Eigenschaften des amorphen erreicht, daß die amorphe Schicht aus einer anderen als 55 Siliziums nachteilig beeinflußt. Außerdem reagiert Waseiner reinen Silan-Atmosphäre durch Glimmentladung serstoff mit jeder sogenannten Baumelbindung, die im abzuscheiden ist. Ein wesentlicher durch die Erfindung amorphem Siliziumvolumen der Schicht 12 vorhanden zu erzielender Vorteil besteht somit darin, daß bei den sein mag. Es hat sich herausgestellt, daß das amorphe Ausgangsmaterialien das aufwendige reine Silan durch Silizium dann besonders überlegene Eigenschaften beein eines der Halogene enthaltendes, weniger teures 60 sitzt, wenn während seiner Herstellung ein Volumen-Material zu substituieren ist. Überraschend ist dabei, verhältnis von Wasserstoff zum Niederschlagsgas von
stender Stahl, Niob, Tantal und andere, chemisch durch die Glimmentladungsatmosphäre nicht angreifbare Materialien anfrage kommen.
Es wird angenommmen, daß der Wasserstoff in der für die Glimmentladung benutzten Gasatmosphäre eine bedeutende Rolle zur Sicherstellung der guten elektrischen Eigenschaften des amorphen Siliziums der Schicht 12 spielt, d.h. für die Bildung von Halbleiter-
daß das normalerweise die elektrischen Eigenschaften ungünstig beeinflussende Halogen im erfindungsgemäßen Bauelement nicht nachteilig bemerkt wird, wenn der Halogen-Gehalt etwa 7 Atom-% nicht übersteigt.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt
F i e. 1 eine Schicht aus amorDhem Silizium auf einem
2 :1 oder größer gewählt wird.
In Fig. 2 ist ein Gerät 30 dargestellt, das für eine Glimmentladung zum Herstellen der Schicht 12 geeignet ist. Das Glimmentladungsgerät 30 besteht aus einer Kammer 32, die durch eine vorzugsweise aus Glas bestehende Vakuumglocke 34 gebildet wird. In der Vakuumkammer 32 ist eine Elektrode 36 und eine von dieser
mit Abstand gegenüberliegend angeordnete Heizplatte 38 vorgesehen. Die Elektrode 36 besteht aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie Platin, und besitzt die Form eines Gitters oder einer Spule. Die Heizplatte 38 besteht vorzugsweise aus einem keramischen Rahmen, der Heizspulen umschließt, die von einer außerhalb der Kammer 32 angeordneten S'.romquelle 40 mit Energie versorgt werden.
Ein erster Auslaß 44 der Kammer 32 ist an eine Diffusionspumpe, ein zweiter Auslaß 46 an eine mechanische Pumpe und ein dritter Auslaß 48 an ein Gaszuführungssystem angeschlossen, das als Quelle für die verschiedenen, für die Glimmentladung benötigten Gase dient. Obwohl der erste Auslaß 44 für den Anschluß an eine Diffusionspumpe vorgesehen ist, ist eine solche Pumpe nicht unter allen Umständen unbedingt erforderlich, da die mechanische Pumpe, die an dem zweiten Auslaß 46 angeschlossen ist, das System auf hinreichenden Druck evakuieren kann.
Zur Herstellung der Schicht 12 wird das Substrat 14, z. B. aus nichtrostendem Stahl, auf die Heizplatte 38 gelegt Das Substrat 14 wird mit einem Anschluß einer Energiequelle 42 und die Elektrode 36 mit dem anderen Anschluß dieser Energiequelle 42 verbunden. Dadurch kommt ein Spannungspotential zwischen der Elektrode 36 und dem Substrat 14 zustande, sobald die Energiequelle 42 eingeschaltet wird. Letztere kann entweder mit Gleichstrom, Wechselstrom, d. h. im niedrigen Frequenzbereich z. B. 60 Hz, oder mit Hochfrequenz, d. h. im HF-Bereich z. B. in der Größenordnung von MHz, betrieben werden. Bei Gleichstrombetrieb wird die Elektrode 36 vorzugsweise mit dem Pluspol und das Substrat mit dem Minuspol der Energiequelle 42 verbunden. Die Elektrode 36 arbeitet dann als Anode und das Substrat 14 als Kathode. Diese Arbeitsweise wird als »kathodischer Gleichstrombetrieb« bezeichnet. Beim Arbeiten mit Gleichstrom können jedoch das Substrat 14 und die Elektrode 36 auch umgekehrt gepolt sein, d. h. das Substrat 14 kann die Anode und die Elektrode 36 die Kathode sein, in welchem Fall man von »anodischem Gleichstrombetrieb« spricht Weiterhin kann eine HF-Glimmentladung in einem bekannten, elektrodenlosen Gerät durchgeführt werden, z. B. einem kapazitiven oder einem induktiven HF-Glimmentladungssystem. Jedoch wird ein gleichmäßigerer Niederschlag über eine große Fläche, d.h. größer als 10cm2, durch Gleich- oder Wechselstrom-Glimmentladung als durch elektrodenlose HF-Glimmentladung erreicht.
Die Vakuumkammer 32 wird vorzugsweise auf einen Druck von ungefähr 0,13 bis 0,00013 Pa evakuiert und das Substrat 14 auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 150 bis ungefähr 4500C erhitzt, indem die Heizspulen der Heizplatte 38 eingeschaltet werden. In die Vakuumkammer 32 wird durch den dritten Ausbzw. Einlaß 48 mit einem Druck von 13,33 bis 666,60 Pa ein Gemisch aus Wasserstoff und einem Niederschlagsgas eingeführt, das die Elemente Silizium und ein Halogen der aus Chlor, Brom oder Jod bestehenden Gruppe enthält. Als Niederschlagsgas kann z. B Dichlorsilan (SiH2Cl2), Chlorsilan (SiH3Cl), Trichlorsilan (SiHCl3), Bromsilan (SiH3Br), Dibromsilan (SiH2Br2) und/oder Siliziumtetrachlorid (SiCU) verwendet werden. Zur Erläuterung der Erfindung wird im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel angenommen, daß als Niederschlagsgas Dichlorsilan verwendet wird. Als Ergebnis der Einspeisung des Wasserstoff-Dichlorsilan-Gemisches wird die Temperatur des Substrats 14 in den Bereich zwischen ungefähr 200 und ungefähr 500°C angehoben, da zusatzliche Wärme nun durch die Gasatmosphäre auf das Substrat 14 gestrahlt werden kann. Wie bereits erwähnt, kann eine besonders gute Qualität der Schicht 12 dann erreicht werden, wenn das Volumenverhältnis von Wasserstoff zum Niederschlagsgas 2 :1 oder größer ist. Bei einem relativ hohen Verhältnis, d. h. 40 :1, wird die Niederschlagsrate sehr langsam, und zwar gelangt sie dann in die Größenordnung von einem Mikrometer pro Stunde.
ίο Um die Glimmentladung zwischen der Elektrode 36 und dem Substrat 14 in Gang zu setzen, wird die Energiequelle 42 eingeschaltet, wodurch das Niederrchhgen der amorphen Siliziumschicht 12 beginnt. Für die Erläuterung des Ausführungsbeispiels wird kathodischer Gleichstrombetrieb angenommen. Um die Schicht 12 auf einer Oberfläche des Substrats 14 herzustellen, sollte die Stromdichte an der Oberfläche des Substrats 14 im Bereich von ungefährt 0,1 bis ungefähr 3,0 Milliampere/cm2 liegen. Die Niederschlagsrate für das amorphe Silizium steigt mit steigendem Gemischdruck und steigender Stromdichte. Die Herstellung einer Schicht 12 mit einer Dicke von 1 Mikrometer kann in wenigen Minuten erfolgen, wenn z. B. der Druck in der Kammer 32 ungefähr 266,64 Pa, die Stromdichte an der Oberfläche des Substrats ungefähr 1 Milliampere/cm2 und die Substrattemperatur ungefähr 350°C beträgt.
Die Siliziumschicht 12 hat elektrische Eigenschaften, die sie besonders für Halbleiterschichten von Fotoelementen, Fotodetektoren und Stromgleichrichtern geeignet machen.
Die nachstehende, ins einzelne gehende Beschreibung eines Halbleiterbauelements, das die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist, erfolgt am Beispiel eines Fotoelements mit Schottky-Sperrschicht unter Verwendung
J5 einer amorphen Siliziumschicht mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung; in F i g. 3 ist das Fotoelement insgesamt mit 110 bezeichnet. Selbstverständlich kann das amorphe Silizium auch in anderen Halbleiterbauteilen, wie Fotoelementen, Fotodetektoren und Gleichrichtern Verwendung finden, die einen Halbleiterübergang, z. B. einen PN-, einen PIN- oder einen HeteroÜbergang aufweisen.
Gemäß Fig.3 besitzt das Fotoelement 110 ein Substrat 114 aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit. Hierzu gehören nichtrostender Stahl, Niob, Tantal oder andere durch GIi nmentladung chemisch nicht angreifbare Materialien. Auf einer Oberfläche des Substrats 114 befindet sich eine Schicht 112 aus amorphem Silizium. Ein erster Bereich 116 der Schicht 112 befindet sich unter Bildung einer Grenzschicht 115 in Kontakt mit dem Substrat 114.
Der erste Bereich 116 besteht aus dotiertem amorphem Silizium. Das für die Glimmentladung zur Bildung des ersten Bereichs 116 verwendete Gas enthält somit auch ein Dotiergas, ζ. Β. Phosphin (PH3). Der erste Bereich 116 steht in Ohmschem Koniakt mit dem Substrat 114. Auf der dem Substrat 114 abgewandten Oberfläche des ersten Bereichs 116 befindet sich ein zweiter Bereich 117 aus amorphem Silizium, der nicht dotiert ist; es hat sich jedoch herausgestellt, daß das amorphe Silizium des zweiten Bereichs 117 leicht N-leitend ist.
Die Dotierkonzentration des ersten Bereichs 116 wird so abgestuft, daß die Dotierstoffkonzentration an der Grenzschicht 115 maximal ist und bis zu einer elek-
b5 trisch unbedeutenden Konzentration an der Grenzschicht zwischen dem ersten Bereich 116 und dem zweiten Bereich 117 abnimmt. Obwohl die Dotierkonzentration des ersten Bereichs 116 vorzugsweise das erläuter-
te Gefalle besitzt, muß an dieser Stelle betont werden, daß sie aus nachfolgend noch zu erläuternden Gründen im gesamten erster, Bereich 116 auch gleichförmig sein kann.
Die Dicke des ersten Bereichs 116 beträgt vorzugsweise ungefähr !Onir· bis ungefähr 0,5 Mikrometer, während der zweite Bereich 117 vorzugsweise ungefähr 0,5 bis 1 Mikrometer dick ist.
Auf der dem ersten Bereich 116 abgewandten Oberfläche des zweiten Bereichs 117 befindet sich ein metallischer Film 118, der mit dem zweiten Bereich 117 eine Grenzschicht 120 bildet. Der Kontakt des Metallfilms 118 mit dem zweiten Bereich 117 führt zu einer Schottky-Sperrschicht an der Grenzschicht 120. Der Metallfilm 118 ist zumindest halbdurchlässig für Sonnenstrahlung. Um die Bildung einer Schottky-Barriere sicherzustellen, besitzt das Metall des Films ί 18 gute elektrische Leitfähigkeit und hohe Austrittsarbeit, d. h. größer als 4,5 eV; es ist angenommen, daß der zweite Bereich 117 leicht N-ieitend ist Zu den Metallen mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hoher Austrittsarbeit gehören z. B. Gold, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium und Chrom. Der Metallfilm 118 kann ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein. Wenn der Film 118 mehrschichtig aufgebaut ist, sollte die Erstschicht auf dem zweiten Bereich 117 einen Schottky-Übergang sicherstellen, während eine weitere Schicht auf der Erstschieht gute elektrische Leiteigenschaften besitzen sollte. Im Falle eines mehrschichtigen Metallfilms 118 kann die Erstschicht auf dem zweiten Bereich 117 beispielsweise aus Platin mit einer daraufliegenden Goldschicht bestehen. Wie bereits erwähnt, ist der Metallfilm halbdurchlässig für Sonnenstrahlung und sollte, da er aus Metall besteht, eine maximale Dicke von ungefähr 10 nm besitzen, um die gewünschte Halbdurchlässigkeit zu garantieren.
Auf einem Teil der der Grenzschicht 120 abgewandten Oberfläche des Metallfilms 118 befindet sich eine Elektrode 122. Diese besteht vorzugsweise aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hat Gitterform, wenngleich auch andere bekannte Formen möglich sind, z. B. Finger- oder Kammform. Die Elektrode 122 besteht im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel aus zwei Scharen von Gitterlinien, wobei die Linien jeder Schar parallel zueinander verlaufen und die Linien der anderen Schar kreuzen. Die Elektrode 122 nimmt nur einen geringen Teil der Oberfläche des Metalifilms, d. h. ungefähr 5 bis 10% der Fiimoberfläche ein, da auf die Elektrode 122 auftreffende Sonnenstrahlung durch diese vom Fotoelement 110 weg reflektiert werden kann. Die FJektrode 122 sorgt für gleichförmige Sammlung des Stroms vom Metallfilm und ermöglicht, den Reihenwiderstand des Fotoeie-
rtll»TltC 11Λ rtlÄl^l-JiT -*,, 1*ηΙ»Α» *. .π-^** ΛΙ I Γ» _._' _1, -Τ· -1
...>. .ι·..! . .» j..».u· .6 ou iio.u.,1 "»».!ill UIESCS Uli DClHrU 1 ClI eines Schaltkreises ist
Über der Elektrode 122 ist auf der verbleibenden, der Grenzschicht 120 abgewandten Oberfläche des Metallfilms 118 ein Antireflexionsbelag 124 vorgesehen. Der Antireflexionsbelag 124 besitzt eine dem Metallfilm 118 abgewandte Einfallfläche 126, die im Betriebszustand Sonnenstrahlung 128 ausgesetzt ist Bekanntermaßen führt der Antireflexionsbelag 124 zu einem Anstieg des Betrages der Sonnenstrahlung 328, die den Metallfilm durchdringt, vorausgesetzt, daß der Antireflexionsbelag 124 eine Dicke von umgefähr A /4n besitzt, wobei »/2« die Wellenlänge der auf die Emfaüfläche 126 treffenden Strahlung und »n«der Brechungsindex des Antireflexionsbelages i24 ist im Ergebnis reduziert der Antireflexionsbelag 124 die Lichtmenge, die vom Fotoelement reflektiert wird.
Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß der Brechungsindex »η« einen geeigneten Wert besitzen sollie, um den durch den Metallfilm 118 gelangenden Anteil an Sonnenstiahlung 128 zu erhöhen. Wenn z. B. der Meiallfilm i 18 aus Platin besteht und 5 nm dick ist, kann ein geeigneter Antireflexionsbelag 124 aus Zirkondioxid bestehen und eine Dicke von 45 nm bei einem Brechungsindex von η = 2,1 besitzen. Gewöhnlich besteht der Antireflexionsbelag 124 aus einem dielektrischen Material wie Zinksulfid, Zirkonoxid oder Siliziumnitrid; es kann jedoch auch ein transparentes Halbleitermaterial verwendet werden, wie mit Antimon dotiertes Zinnoxid oder mit Zinn dotiertes Indiumoxid. Bekanntermaßen wird ein Oberflächensperrübergang, allgemein Schottky-Barriere genannt, durch Kontakt gewisser Metalle mit bestimmten Halbleitermaterialien gebildet. Wie zuvor ausgeführt, befindet sich die Schottky-Barriere des Fotoelements 110 an der Grenzschicht 120 infolge des Kontaktes des Metallfilms 118 mit dem zweiten Bereich 117. Eine Schottky-Barriere erzeugt von der Grenzschicht 120 in das Materia! des Fotoelements 110 ein Raumladungsfeld, das in den zweiten Bereich 117 dringt und ein Verarmungsgebiet bildet. Mit dem Verarmungsgebiet ist ebenfalls im zweiten Bereich 1J7 ein elektrisches Feid verbunden. Als Ergebnis der abgestuften Dotierkonzentration im ersten Bereich 116 wird außerdem ein elektrisches Feld im ersten Bereich 116 erzeugt. Daher erstreckt sich bei einer Schottky-Barriere an der Grenzschicht 120 und bei abgestufter Dotierkonzentration des ersten Bereichs U6 ein elektrisches Feid gänzlich sowohl durch den ersten als auch den zweiten Bereich 1Ϊ6 bzw. 117. Zumindest bei Fotoelementen wird vorzugsweise dafür gesorgt, daß das elektrische Fe-'d sich dutch den ersten und zweiten Bereich 116 bzw. 117 erstreckt. Bei derartiger Erstrekkung des elektrischen Feldes werden Ladungsträger, die irgendwo innerhalb dieser Bereiche als Ergebnis der Absorption von Sonnenstrahlung 128 erzeugt werden, durch das elektrische Feld entweder zum Substrat 114 oder zum Metallfilm 118 gedrängt. Das Substrat 114 wirkt als eine der Elektroden des Fotoelements 110. Sofern sich das elektrische Feld nicht in einen Teil des erster, oder zweiten Bereichs 116 bzw. 117 hineinerstreckt, werden Ladungsträger, die in diesem quasi-neutralen Bereich erzeugt werden, unter der Wirkung des Feldes nicht zu einer Elektrode gedrängt, so daß ihre Sammlung von der Diffusion zum Verannungsgebiet abhängt. Jeglicher quasi-neutraler Bereich kann auch zu Serienwiderstand beitragen, wenn dem Fotoelement " Strom entzogen wird, ebenso wie solch quasi-nentraler Bereich einen niedrigeren Wirkungsgrad eines derartigen Bauelements zur Folge hat
Abgesehen davon, daß die abgestufte Dotierkonzentration des ersten Bereichs 116 für die Vergrößerung des elektrischen Feldbereichs des Fotoelements 110 von Vorteil ist, unterstützt sich außerdem eine einfachere Bildung eines Ohmschen Kontakts zwischen dem ersten Bereich 116 und dem Substrat 114, da die Dotierkonzentration ihr Maximum an der ersten Grenzschicht 115 besitzt, d. h. in der Größenordnung von 5 Atom-%. Die Bildung eines Ohmschen Kontakts an der Grenzschicht ist zur Sicherstellung eines niedrigen Reihenwiderstandes für das Fotoelement ilO von VorteiL Auch wenn der erste Bereich 116 gleichförmig dotiert ist, kann an der Grenzschicht 115 ein Ohmscher Kentakt gebildet werden, solange die gleichförmige Dotierkonzentration relatiy hoch ist d. h. sich in der Größenord-
nung von ungefähr 5 Atom-% bewegt.
Zum Herstellen des Fotoelements 110 wird die Energiequelle 42 elektrisch mit dem Gerät 30 verbunden, die Vakuumkammer 32 evakuiert und das Substrat, wie zuvor im Zusammenhang mit der Erläuterung der Herstellung des Bauteils 11 beschrieben, erhitzt. Ein Gemisch aus Wasserstoff, einem Niederschlagsgas wie Dichlorsilan, und einem N-Dotiergas werden in die Vakuumkammer 32 bis zu einem Druck von ungefähr 13,33 bis 666,60 Pa gefüllt. Die Menge des Dotiergases beträgt ungefähr 1,5 Vol% der Kammeratmosphäre. Vorzugsweise verwendete N-Dotiergase sind Phosphin, PHj, und Arsin, AsH^
Die Glimmentladung wird zum Niederdrücken des ersten Bereichs 116 in Gang gesetzt Um die Dotierkonzentration des ersten Bereichs 116 abzustufen, werden zusätzlich Wasserstoff- und Niederschlaggas in die Vakuumkammer 32 während der Glimmentladung eingeleitet, wodurch die Dotierkonzentration abnimmt. Nach Fertigstellen der ersten Schicht 116 wird das Gasgemisch aus der Vakuumkammer 32 durch die mechanische Pumpe über den zweiten Auslaß 46 abgepumpt. Nachdem die Vakuumpumpe 32 leergepumpt und auf einen Druck von ungefähr 0,00013 Pa gebracht worden ist, wird Wasserstoff und Dichlorsilan bis zu einem Druck im Bereich von ungefähr 1333 bis 666,60 Pa in die Kammer 32 gegeben. Wiederum wird eine Glimmentladung eingeleitet, und zwar mit einer Stromdichte an der Oberfläche des ersten Bereichs 116 in der Größenordnung von ungefähr 03 Milliainpere/cm2 bis 3,0 Milliampere/cm2, wodurch der zweite Bereich 117 entsteht.
Bekanntermaßen beeinflußt die Substrattemperatur während der Glimmentladung die Zusammensetzung und den Aufbau des niedergeschlagenen Materials aufgrund der als Selbstdotierung, Eutektikumbildung und induzierte Kristallisation bekannten Effekte.
Nach Fertigstellen des ersten und zweiten Bereichs 116 bzw. 117 kann die Schicht 112 wärmebehandelt werden, und zwar bei Temperaturen zwischen ungefähr 200 und 400°C für eine Zeit von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Eine längere Wärmebehandlung wird nur für niedrigere Behandlungstemperaiuren benötigt Vorteilhafterweise kann die Wärmebehandlung dadurch erreicht werden, daß die Schicht 112 nach Beendigung der Glimmentladung im Gerät 30 belassen oder in einen speziellen Wärmeofen gegeben wird. Es wird angenommen, daß durch diesen Behandlungsschritt Defekte im amorphen Silizium beseitigt werden, und es hat sich herausgestellt daß er den Wirkungsgrad des Bauelements erhöht
Als nächstes wird unter Verwendung eines konventionellen Verdampfungssystems, z. B. eines solchen mit Elektronenstrahl, der Metaüfüm 118 auf den zweiten Bereich 117 aufgedampft In gleicher Weise werden auf -dem Metallfilni 118 durch konventionelle Verdampfungs- und Maskierverfahren die Elektrode 122 und der Antireflexionsbelag 124 aufgebracht Das gesamte Verfahren kann in einesi einzigen Gerät durchgeführt werden, in dem sowohl die Glimmentladung als auch das Aufdampfen stattfindet Es hat sich außerdem herausgestellt, daß der Samiaeiwirkungsgrad des Elements steigt, wenn das Fotoelement 110 mit einem Metallfilm 118 aus Chrom, Iridium, Rhodium,, Platin oder Palladium während der Herstellung einer Wärmebehandlung unterzo-•gen wird. Diese Wärmebehandlcmg wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem der Antireflexionsbelag 124 aufgebracht ist oder vor Fertigstellung der Elektrode 122 und nach Fertigstellung des Antireflexionsbelages 124.
Im Rahmen dieser Wärmebehandlung wird das Fotoelement 110 für ungefähr 5 bis 30 Minuten auf eine Temperatur zwischen ungefähr 150 und 250°C gebracht. Die Wärmebehandlung kann in Vakuum oder in einer Reformiergasatmosphäre. die z. B. aus 90 Vol.% Stickstoff und 10 Vol.% Wasserstoff besteht, oder in reiner Stickstoffatmosphäre oder in reinem Wasserstoff durchgeführt werden. Diese Wärmebehandlung verbessert den Wirkungsgrad des Fotoelements, da die Schottky-Barrierenhöhe vergrößert, der Sammelwirkungsgrad verbessert und der effektive Serienv. i. Wstand des Bauelements verringert wird.
Die Herstellung des Fotoelements 110 wird dadurch abgeschlossen, daß nichtdargestellte Drahtelektroden an das Substrat 114 und die Elektrode 122 zum Zwecke der Verbindung mit einem Schaltkreis angeschlossen werden.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Fotoelements, das die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist, mit einem Substrat aus nichtrostendem Stahl, einem ersten Bereich 116 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm und dotiert mit Phosphin, das zu ungefähr 1% in der Atmosphäre der Vakuumkammer 32 vorhanden war, einem zweiten Bereich 117 mit einer Dicke von ungefähr 1 Mikrometer und einem Wasserstoff-Dichlorsilan-Verhältnis von 4,5:1 wurden Messungen durchgeführt mit einer Leerlaufausgangsspannung (Voc) von ungefähr 477 Millivolt und einem Kurzschlußstrom (Jsc) gleich etwa 400 Mikroampere/cm2. Es hat sich herausgestellt, daß ein Fotoelement mit sehr ähnlichem Aufbau wie das Fotoelement 110, jedoch mit aufgestäubtem amorphem Silizium, eine Leerlaufspannung von ungefähr 10 Millivolt und einen Kurzschlußstrom von ungefähr 0,1 Mikroampere/cm2 aufwies. Die bessere Leerlaufspannung und der bessere Kurzschlußstrom des die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisenden Fotoelements bestätigen die Tatsache, daß mit der amorphen Siliziumschicht bessere elektronische Eigenschaften verbunden sind, als sie mit durch einen Auf-Stäubprozeß hergestelltem amorphem Silizium zu erreichen sind. Außerdem kann ohne weiteres aus diesen Daten geschlossen werden, daß die amorphe Siliziumschicht mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung auch bessere elektronische Eigenschaften besitzt als ein amorphes Silizium, das durch Verdampfen oder chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase gebildet wird.
Abschließend sei nochmals betont daß die Erfindung keineswegs nur für die zuvor als Ausführungsbeispiel erläuterten Fotoelemente geeignet ist sondern mit gleichen bzw. entsprechenden Vorteilen auch bei anderen Halbleiterbauelementen, wie Fotodetektoren oder Gleichrichtern einzusetzen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Halbleiterbauelement mit einer Schicht aus amorphem Silizium auf einem Substrat mit elektrisch ieitender Oberfläche, wobei sich in der Schicht oder an ihrer Oberfläche eine Potentialbarriere befindet und die Schicht Wasserstoff zur Kompensation von Baumelbildungen im amorphem Silizium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (112) bis zu 7 Atom-% eines Halogens der Chlor, Brom und Jod umfassenden Gruppe enthält
    Substrat, im Querschnitt;
    F i g. 2 ein Gerät zum Herstellen der amorphem Siliziumschicht in schematischer Darstellung; und
    F i g. 3 ein Halbleiterbauelement mit Schottky-Sperrschicht unter Verwendung einer Schicht aus amorphem Silizium, im Querschnitt
    Das in F i g. 1 insgesamt mit 11 bezeichnete Bauveil weist eine Schicht 12 aus amorphem Silizium mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auf. Die Schicht 12 enthält ein Halogen der Chlor, Brom und Jod umfassenden Gruppe, und zwar in einer Menge bis zu ungefähr 7 Atom-% der Schicht 12. Vorzugsweise wird die Schicht 12 durch Glimmentladung in einer Gasatmo-
    Sphäre hergestellt, in der sich Wasserstoff und ein Nie-
    derschlagsgas befinden, das Silizium und eines der erwähnten Halogene enthält
    Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit Die amorphe Siliziumschicht 12 besitzt eine Störsteleiner Schicht aus amorphem Silicium auf einem Sub- lendichte im Energieband, die niedriger ist als die in strat mit elektrisch Ieitender Oberfläche, wobei sich in durch andere Methoden, wie Aufstäuben, chemisches der Schicht oder an ihrer Oberfläche eine Potentialbar- 20 Abscheiden aus der Dampfphase (CVD) und Verdampriere befindet und die Schicht Wasserstoff zur Kompen- fen hergestelltem Silizium festgestellte. Diese niedrige
    Dichte von Störstellen im Energieband macht die Bildung von Halbleiterübergängen, ζ. B. PN-, PIN-, Schottky-Sperrschicht- und Hetero-Übergängen in oder an als Gleichrichter oder Photoelemente (»Applied Physics 25 der amorphen Siliziumschicht 12 möglich. Es ist be-Letters«, Band 28, Nr. 11, 01. Juni 1976, 671 -673). Sie kannt, daß durch Aufstäuben, Verdampfen oder chemikönnen gemäß »Applied Physics Letters«, Band 28, sches Niederschlagen aus der Dampfphase hergestelltes Nr. 2,15. Januar 1976,105—107, in sehr dünnen Schich- Silizium eine große Störstellendichte im Energieband ten aus amorphem Silizium durch Glimmentladung in besitzt, was dazu führt, daß diese Materialien schlechte Silan hergestellt werden. Das so gebildete Material hat 30 elektrische Eigenschaften besitzen und ungeeignet für Eigenschaften, die es außerordentlich geeignet für Pho- aktive Bereiche von Halbleiterbauelementen sind. Autoelemente machen, und besitzt darüber hinaus Strom- ßerdem unterscheidet sich das amorphe Silizium mit der
    sation von Baumelbindungen im amorphem Silizium enthält
    Solche Halbleiterbauelemente dienen unter anderem
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