DE3611401A1 - Verfahren zur herstellung einer amorphen halbleiterschicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer amorphen halbleiterschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus einem photoempfindlichen amorphen Halbleitermaterial durch Aufbringen aus der Gas- oder Dampfphase auf ein mit einer transparenten leitenden Oxidschicht bedecktes transparentes Substrat.
Die Erzeugung derartiger Schichten im Zuge der Her­ stellung von Solarzellen ist beispielsweise aus "Materials Research Society Europe, Conference 1984 Meeting", 5.-8. Juni 1984, Straßburg, Seiten 1 bis 6, bekannt. Dort ist die Herstellung einer Solarzelle beschrieben. Dabei wird ein Glassubstrat mit einer aus Indiumzinnoxid (ITO) und Zinnoxid bestehenden, trans­ parenten leitenden Oxidschicht verwendet. Auf dieser wird eine photoempfindliche amorphe Halbleiterschicht aufgebracht, welche aus amorphem Silizium in pin- Struktur besteht. Schließlich wird noch eine aus Aluminium bestehende Elektrodenschicht hinzugefügt. Die strukturierte amorphe Siliziumschicht wird in einer einzigen Reaktionskammer aufgebracht, und zwar durch photochemische Zersetzung von Disilan in der Dampf­ phase. Aus "Proceedings of the 5th EC Photovoltaic Solar Energy Conference", Kavouri, 1983, Seiten 774 bis 777, ist es bekannt, daß beim Aufbringen einer wasser­ stoffhaltigen amorphen Siliziumschicht auf eine bereits auf einem Glassubstrat befindliche, transparente leitende Oxidschicht (ITO oder Zinnoxid) gewisse Probleme auftauchen. Diese bestehen darin, daß die Oxidschicht durch aktive Wasserstoffatome teilweise reduziert wird und Zinn- oder Indiumatome in die an­ schließende amorphe Siliziumschicht hineindiffundieren, wodurch die Solarzelleneffektivität erheblich ver­ schlechtert wird. Die aktiven Wasserstoffatome ent­ stehen bei der Glimmentladungszersetzung des als Siliziumquelle verwendeten molekularen Silans. Die Diffusionsvorgänge auf dem Substrat sind temperatur­ abhängig und treten bei niedrigeren Temperaturen in weniger starkem Maße auf.
Weiterhin ist bei der Herstellung derartiger Schichten zu berücksichtigen, daß schon bei der Ablagerung der transparenten leitenden Oxidschicht auf dem Substrat, insbesondere einem Glassubstrat, nachteilige Diffusionserscheinungen auftreten können. So können aus dem Glassubstrat Alkaliionen in die Oxidschicht hinüberdiffundieren, und diese Diffusion kann sich sogar bis in die dann aufzubringende amorphe Silizium­ schicht hinein fortsetzen. Auch hier ist eine Temperaturabhängigkeit in der Weise zu beobachten, daß die Diffusion mit niedrigerer Temperatur immer mehr unterdrückt wird. So gibt es während der Ablagerung gewisse optimale Temperaturbereiche für die a-Si-Schicht und das Substrat einschließlich der trans­ parenten leitenden Oxidschicht (ITO, Zinnoxid). Die optimale Substrattemperatur liegt beispielsweise zwischen 20°C und 300°C und im Falle der Abscheidung der amorphen Siliziumschicht zwischen 150°C und 400°C. Bisher war es üblich, das Substrat mit der sich ablagernden Schicht als Ganzes zu heizen, womit es allerdings nicht möglich war, die individuell optimalen Temperaturbereiche für das Substrat und die amorphe Halbleiterschicht einzuhalten. So wurde beispielsweise bei der Ablagerung der amorphen Siliziumschicht eine Temperatur eingestellt, welche leicht die Gefahr mit sich brachte, daß zuviel Verunreinigungen, also Alkali­ atome sowie reduzierte Metallatome aus der Oxidschicht, in die amorphe Siliziumschicht hinüberdiffundieren konnten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das es ermöglicht, die Temperaturen während der Ablagerung der amorphen Halbleiterschicht möglichst optimal einzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß während des Aufbringens der Schicht einerseits diese durch Bestrahlen mit Licht einer ersten Wellen­ länge geheizt wird, welche von der Schicht gut absorbiert wird und für welche das Substrat und die Oxidschicht transparent sind, sowie andererseits das Substrat und die Oxidschicht durch Bestrahlen mit Licht einer zweiten Wellenlänge geheizt wird, welche vom Substrat und der Oxidschicht gut absorbiert wird und für welche die Schicht transparent ist.
Das Verfahren ermöglicht es, sowohl das Substrat ein­ schließlich der Oxidschicht als auch die amorphe Halbleiterschicht individuell auf der Temperatur zu halten, welche für die Schichtbildung der amorphen Halbleiterschicht am günstigsten ist und bei welcher die erwähnten Diffusionserscheinungen auf ein Minimum begrenzt werden können. Auch der günstigste Kompromiß aus beiden Forderungen kann in jedem Einzelfall auf einfache Weise erzielt werden. Die Schichttemperaturen sind durch Variieren der Intensität des eingestrahlten Lichts in gewünschter Weise einstellbar.
Für die Bestrahlung des Substrates und der Oxidschicht empfiehlt sich Licht einer Wellenlänge aus dem Bereich λ<0,8 µm, insbesondere g<1,5 µm, und für die amorphe Halbleiterschicht Licht einer Wellenlänge aus dem Bereich λ<0,8 µm. Der durch die Bestrahlung einzustellende optimale Temperaturbereich liegt für das Substrat und die Oxidschicht zwischen 20°C und 300°C und für die amorphe Halbleiterschicht zwischen 150°C und 400°C. Als transparente leitende Oxidschichten kommen hier Indiumzinnoxid (ITO), Zinn­ oxid und ähnliches infrage, als Material für die amorphe Halbleiterschicht Silizium und Germanium, mit Beimengungen von Wasserstoff und ggfs. Kohlenstoff oder auch Halogenen sowie den üblichen Dotierungsmitteln, wie Bor und Phosphor.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Abbildung näher beschrieben. Diese zeigt in schematischer Weise einen Vakuumbehälter 4 mit einer darin angebrachten Vorrichtung 5 zur Erzeugung eines Glimmentladungsplasmas, beispielsweise zur Zersetzung von Silan. In eine Wand des Vakuumbehälters 4 ist ein für infrarotes und sichtbares Licht transparentes Fenster 7 eingelassen. Hinter diesem Fenster ist im Inneren des Vakuumbehälters 4 an einer Halterungs­ vorrichtung 6 ein Glassubstrat 1 befestigt, auf welchem sich bereits eine transparente leitende Oxidschicht 2 (TCO, insbesondere ITO oder Zinnoxid) befindet. Auf diese wird in dem Vakuumbehälter 4 die anschließende amorphe Halbleiterschicht 3, insbesondere Silizium­ schicht, aus dem Glimmentladungsplasma heraus ab­ geschieden. Durch das transparente Fenster 7 hindurch wird von zwei Lichtquellen 8, 9 her Licht eingestrahlt, wobei die Lichtquelle 8 sichtbares Licht und die Licht­ quelle 9 infrarotes Licht aus den obengenannten Wellen­ längenbereichen liefert. Das sichtbare Licht durch­ dringt die transparente Oxidschicht 2 nahezu ohne jede Absorption, wird jedoch von der nachfolgenden amorphen Halbleiterschicht 3 gut absorbiert. Letztere kann daher in Abhängigkeit von der eingestrahlten Intensität auf der gewünschten Temperatur gehalten werden, und zwar vom Beginn der Schichtablagerung an. Mit zunehmender Schichtdicke kann die Intensität entsprechend gesteigert werden. Das von der Lichtquelle 9 her ein­ gestrahlte infrarote Licht wird nahezu vollständig von der transparenten leitenden Oxidschicht 2 absorbiert, und die nachfolgende amorphe Halbleiterschicht 3 ist für etwa nicht absorbierte Restanteile nahezu trans­ parent. Auf diese Weise sind die Schichttemperaturen - abgesehen von unvermeidlichen Wärmeleitungseffekten, die jedoch eine untergeordnete Rolle spielen - in gewissen Grenzen nahezu unabhängig voneinander einstellbar.
Die Erfindung ist nicht nur bei Glimmentladungs- Abscheideverfahren anwendbar, sondern auch bei anderen Verfahren, bei denen die Schichten aus der Dampfphase abgeschieden werden, beispielsweise bei der thermischen oder photochemischen Zersetzung in der Dampfphase vor­ liegender, die niederzuschlagenden Halbleiteratome enthaltender Moleküle, beim Aufsputtern oder Verdampfen eines flüssigen Halbleiters, etwa Silizium oder Germanium. Selbstverständlich ist das Verfahren auch nicht nur bei der Herstellung von Solarzellen anwend­ bar, sondern ganz allgemein bei der Herstellung der eingangs genannten Schichtstrukturen, wo die im Zusammenhang mit der vorliegenden Aufgabenstellung diskutierten Probleme auftreten, etwa bei der Herstellung von Photosensoren.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus einem photoempfindlichen amorphen Halbleitermaterial durch Aufbringen aus der Gas- oder Dampfphase auf ein mit einer transparenten leitenden Oxidschicht bedecktes transparentes Substrat, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Aufbringens der Schicht (3) einerseits diese durch Bestrahlen mit Licht einer ersten Wellenlänge geheizt wird, welche von der Schicht (3) gut absorbiert wird und für welche das Substrat (1) und die Oxidschicht (2) transparent sind, sowie andererseits das Substrat (1) und die Oxidschicht (2) durch Bestrahlen mit Licht einer zweiten Wellen­ länge geheizt wird, welche vom Substrat (1) und der Oxidschicht (2) gut absorbiert wird und für welche die Schicht (3) transparent ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für das Substrat (1) und die Oxidschicht (2) Licht einer Wellenlänge aus dem Bereich λ<1,5 µm und für die amorphe Halbleiter­ schicht (3) Licht einer Wellenlänge aus dem Bereich λ <0,8 µm gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bestrah­ lung die Temperatur des Substrates (1) und der Oxid­ schicht (2) in einem Bereich zwischen 20°C und 300°C und die Temperatur der amorphen Halbleiterschicht (3) in einem Bereich zwischen 150°C und 400°C gehalten wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2081745A (en) * 1980-06-23 1982-02-24 Canon Kk Coating by gas decomposition
WO1985002417A1 (en) * 1983-11-23 1985-06-06 Gemini Research, Inc. Method and apparatus for chemical vapor deposition

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