DE3814615A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter­ vorrichtung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine herkömmliche Halbleitervorrichtung zur photo­ elektrischen Wandlung, wie eine Solarzelle aus Galliumarsenid (GaAs). Gemäß Fig. 1 sind eine n-Typ GaAs-Schicht 2 und eine p-Typ GaAs-Schicht 3 auf die Oberfläche eines n-Typ GaAs-Substrats 1 aufgebracht. Eine p-n-Verbindung 4 ist zwischen der n-Typ GaAs-Schicht 2 und der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet. An den beiden Randabschnitten und an dem Mittelabschnitt der p-Typ GaAs-Schicht 3 sind Elektroden 5 ausgebildet, welche eine ohm′sche Verbindung mit der p-Typ GaAs-Schicht 3 bilden. In der Praxis wird eine Anzahl von Elektroden 5 verwendet, die so eine Kammelektrode bilden können. Eine p-Typ AlGaAs-Schicht 6 ist in einem Bereich der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet, in dem keine Elektroden 5 vorhanden sind. Ein Antireflexfilm 7 liegt auf der p-Typ AlGaAs-Schicht 6. Der Antireflex­ film 7 ist ein Nitridsiliziumfilm mit einer Dicke von 600 bis 800 Å.
Auf den Antireflexfilm 7 auftreffendes Sonnenlicht wird durch den Antireflexfilm 7 und die p-Typ AlGaAs- Schicht 6 geleitet und hauptsächlich in der p-Typ GaAs-Schicht 3 absorbiert, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen. Elektronen, die die Minoritätsträger in der p-Typ GaAs-Schicht 3 bilden, diffundieren, um die p-n-Verbindung 4 zu erreichen und durch dieselbe hindurchzuwandern, so daß eine photo­ elektrische Spannung und ein photoelektrischer Strom entstehen, welche von der Elektrode 5 und einer Elektrode 8 herausgeführt werden, so daß die Strahlungsenergie (elektromagnetische Energie) des Lichtes in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Umwandlungsgrad wird im allgemeinen als photoelektrische Wandlungseffizienz bezeichnet. Um die photoelektrische Wandlungseffizienz zu ver­ bessern, muß die p-Typ GaAs-Schicht 3 bezüglich ihrer Dicke minimiert werden, so daß die p-n-Ver­ bindung 4 so nahe wie möglich an der lichtempfangenden Oberfläche liegt.
Eine Halbleitervorrichtung zur photoelektrischen Wandlung dieses Typs kann im Weltall als Energie­ quelle für künstliche Satelliten verwendet werden. Die Dicke der Schicht 3 wird vorzugsweise verringert, um eine Zerstörung durch Strahlung zu verhindern. Im allgemeinen beträgt die Filmschichtdicke etwa 0,5 µm.
Bei der beschriebenen herkömmlichen Halbleitervor­ richtung zur photoelektrischen Wandlung werden die Elektroden 5 in ohm′scher Weise verbunden direkt auf der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet. Deshalb sind die p-Typ GaAs-Schicht 3, die n-Typ GaAs-Schicht 2 und die p-n-Verbindung 4, die wichtige Rollen in der photoelektrischen Wandlung spielen, extremen Belastungen ausgesetzt, weil die Elektroden 5 mittels Schweißens oder Thermokompressionsverbindens mit äußeren Anschlüssen (nicht gezeigt) verbunden werden.
Insbesondere werden in der p-Typ GaAs-Schicht 3 mit einer Dicke von 0,5 µm die Leerlaufspannung V OC , der Biegungsfaktor FF und der Kurzschlußstrom I SC , die mit der photoelektrischen Wandlungseffizienz zusammenhängen, durch thermale oder mechanische Belastungen beim Verbinden reduziert. Somit wird auch die photoelektrische Wandlungseffizienz und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung reduziert.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die eine verbesserte photoelektrische Wandlungseffizienz hat, wobei die Zuverlässigkeit der Vorrichtung durch Reduzieren der mechanischen Beeinträchtigung der Halbleiter­ schichten beim Verbinden mit externen Anschlüssen erhöht ist.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 4 bzw. mit einem Verfahren gemäß Anspruch 8, 10 oder 11 gelöst.
Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Halbleitervorrichtung zur photoelektri­ schen Wandlung;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Halbleiter­ vorrichtung zur photoelektrischen Wandlung nach einer Ausführung der Erfindung;
Fig. 3a eine Draufsicht auf eine Halbleiter­ vorrichtung zur photoelektrischen Wandlung nach einer anderen Ausführung der Erfindung;
Fig. 3b eine Schnittansicht entlang der Linie I-I in Fig. 3a; und
Fig. 3c eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 3a.
In Fig. 2 sind eine n-Typ GaAs-Schicht 2 und eine p-Typ GaAs-Schicht 3 mit einer p-n-Verbindung 4 teilweise auf der Oberfläche eines n-Typ GaAs-Substrats 1 ausgebildet. Eine Elektrode 5 ist über einem Gebiet auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1, das nicht mit den n- bzw. p-Typ GaAs-Schichten 2 und 3 versehen ist, und über Teilen 3 a und 3 b der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet. Ein isolierender Film 9 liegt zwischen der Elektrode 5 und dem n-Typ GaAs-Substrat 1, der n-Typ GaAs-Schicht 2 und der p-Typ GaAs-Schicht 3, um die Elektrode 5 von dem n-Typ Halbleitersubstrat 1, der n-Typ Halbleiterschicht 2 und der p-Typ Halbleiterschicht 3 mit Ausnahme des Oberflächenteils 3 a der p-Typ GaAs-Schicht 3 zu isolieren. Eine p-Typ AlGaAs-Schicht 6 ist auf dem Oberflächengebiet der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet, das nicht mit dem isolierenden Film 9 und der Elektrode 5 versehen ist. Auf der p-Typ AlGaAs-Schicht 6 ist ein Antireflexfilm 7 ausgebildet.
Ein Verfahren zum Herstellen der beschriebenen Halbleitervorrichtung läuft wie folgt ab: Zuerst wird mittels eines Flüssigkeitsphasen-epitaxial- Wachstums oder einer metallisch-organisch-chemischen Aufsprühung (MOGVD) die n-Typ GaAs-Schicht 2 auf dem n-Typ Halbleitersubstrat 1 ausgebildet.
Dann wird durch Zinkdotierung mittels Diffusion oder MOCVD die n-Typ GaAs-Schicht 2 auf der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet. Dadurch entsteht die p-n-Verbindung 4 zwischen der p-Typ GaAs-Schicht 3 und der n-Typ GaAs-Schicht 2.
Danach wird die p-Typ GaAs-Schicht 3 mit einem Element der Gruppe II, wie Zink, Beryllium oder Magnesium dotiert, wodurch die p-Typ AlGaAs-Schicht 6 auf der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet wird.
Dann wird der Antireflexfilm 7 aus Siliziumnitrid auf der Oberfläche der p-Typ AlGaAs-Schicht 6 etwa durch CVD (chemisches Aufsprühen) hergestellt.
Danach werden die n-Typ GaAs-Schicht 2, die p-Typ GaAs-Schicht 3, die p-Typ AlGaAs-Schicht 6 und der Antireflexfilm 7 selektiv geätzt, um die Ober­ fläche des n-Typ GaAs-Substrats 1 teilweise frei­ zulegen. Ferner werden die p-Typ AlGaAs-Schicht 6 und der Antireflexfilm 7 selektiv geätzt, um Oberflächenteile 3 a und 3 b der p-Typ GaAs-Schicht 3 freizulegen.
Gemäß Fig. 2 wird der hitzebeständige isolierende Film 9 aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder Polyamid über der freigelegten Oberfläche des n-Typ GaAs- Substrats 1, den Seitenflächen der n-Typ GaAs-Schicht 2 und der p-Typ GaAs-Schicht 3, einschließlich der p-n-Verbindung 4, und dem Teil 3 b der freigelegten Oberfläche der p-Typ GaAs-Schicht 3 ausgebildet.
Dann wird die Elektrode 5 auf dem isolierenden Film 9 und dem Teil 3 a der freigelegten Oberfläche der p-Typ GaAs-Schicht 3 hergestellt, so daß die Elektrode nur an dem Teil 3 a in ohm′schem Kontakt mit der p-Typ GaAs-Schicht 3 steht. Die Elektrode 5 hat ein Gebiet 5 a, das mit einem externen Anschluß (nicht gezeigt) auf dem isolierenden Film auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1 zu verbinden ist.
Schließlich wird eine Elektrode 8 auf der Rückseite des n-Typ GaAs-Substrats 1 ausgebildet, um die Halbleitervorrichtung zur photoelektrischen Wandlung zu vervollständigen. Der Antireflexfilm 7 kann nach der Ausbildung der Elektrode 5 hergestellt werden.
Bei der herkömmlichen Halbleitervorrichtung nach Fig. 1 können die p-Typ GaAs-Schicht 3 und die p-n-Verbindung 4 leicht mechanisch zerstört werden, weil die Elektroden 5, die in ohm′schem Kontakt mit der p-Typ GaAs-Schicht 3 stehen, mit den externen Anschlüssen (nicht gezeigt) auf der p-Typ GaAs-Schicht 3 verbunden werden. Bei der erfindungsgemäßen Halb­ leitervorrichtung zur photoelektrischen Wandlung, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist, ist demgegenüber das Gebiet 5 a der Elektrode 5, das mit dem externen Anschluß (nicht gezeigt) zu verbinden ist, auf dem isolierenden Film 9 auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1 ausgebildet.
Nach dieser Ausführung der Erfindung ist demzufolge die Elektrode 5 mit dem externen Anschluß (nicht gezeigt) in dem Gebiet 5 a auf dem isolierenden Film 9 auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1 verbunden, wodurch die mechanische Beschädigung der p-Typ GaAs-Schicht 3, der n-Typ GaAs-Schicht 2 und der p-n-Verbindung 4 zur photoelektrischen Wandlung reduziert ist. Da die Elektrode 5 durch den iso­ lierenden Film 9 völlig von der Elektrode 8 iso­ liert ist, besteht ferner nicht das Problem, daß die Elektrode 5 teilweise auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1 liegt.
Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleiter­ vorrichtung zur photoelektrischen Wandlung gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung, während die Fig. 3b und 3c Schnittansichten entlang den Linien I-I bzw. II-II in Fig. 3a zeigen. Die in Fig. 3c gezeigte Struktur ist im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 2 nach der beschriebenen Ausführung der Erfindung.
Gemäß den Fig. 3a bis 3c besteht eine Elektrode 5 aus einer Gitterelektrode 5 A, die in Kammgestalt ausgebildet ist, um Licht effizient zu einer p-n- Verbindung 4 zu leiten, und aus einer Wurzelelektrode 5 B zur Verbindung mit einem externen Anschluß (nicht gezeigt). In Fig. 3c ist die Wurzelelektrode 5 B zur besseren Erläuterung vergrößert dargestellt.
Die Wurzelelektrode 5 B hat einen Teil 5 a, der wie die Elektrode 5 in Fig. 2 mit einem externen Anschluß auf einem isolierenden Film 9 auf einem n-Typ GaAs- Substrat 1 zu verbinden ist, um die gleichen Vor­ teile wie die Ausführung in Fig. 2 zu erreichen. Ferner können die photoelektrische Spannung und der photoelektrische Strom effizient von der Elektrode 5 aufgenommen werden, da die kammförmige Elektrode 5 A auf einer p-Typ GaAs-Schicht 3 vorgesehen ist.
Wenn das beschriebene Ausführungsbeispiel auch unter Bezugnahme auf eine GaAs-Typ photoelektrische Wandlungsvorrichtung beschrieben worden ist, kann die Erfindung doch auch auf eine Halbleitervorrichtung angewendet werden, die eine aktive Schicht (z. B. Epitaxialschicht, Diffusionsschicht oder ionenim­ plantierte Schicht) auf einem Halbleitersubstrat aufweist.
Bei der beschrieben erfindungsgemäßen Halbleiter­ vorrichtung ist das mit dem externen Anschluß zu verbindene Gebiet der Elektrode auf dem isolierenden Film auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet, so daß die Verbindung auf diesem Verbindungsgebiet ausgeführt wird, um die n-Typ Halbleiterschicht und die p-Typ Halbleiterschicht, welche die p-n-Ver­ bindung bilden, vor mechanischer Beschädigung durch das Verbinden zu schützen, und dadurch die photo­ elektrische Wandlungseffizienz und die Zuver­ lässigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in be­ liebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste: 1 Halbleitersubstrat
    2 Halbleiterschicht
    3 Halbleiterschicht
    4 p-n-Verbindung
    5 Elektrode
    6 AlGaAs-Schicht
    7 Antireflexfilm
    8 Elektrode
    9 isolierender Film

Claims (13)

1. Halbleitervorrichtung, gekennzeich­ net durch
ein Halbleitersubstrat (1);
eine teilweise auf der Oberfläche des Halbleiter­ substrats (1) aufgebrachte Beschichtung (2, 3) mit wenigstens einem ersten Gebiet (1) eines ersten Leitungstyps und einem zweitem Gebiet (3) eines zweiten Leitungstyps, wobei das erste und zweite Gebiet (2, 3) eine Verbindung (4) an einer Grenzfläche zwischen einander festlegen;
eine Elektrode (5), die sich auf einem Oberflächen­ gebiet des Halbleitersubstrats (1) erstreckt, das nicht mit der Beschichtung versehen ist und das elektrisch in einem vorgeschriebenen Gebiet entweder mit dem ersten oder dem zweiten Gebiet (1, 2) verbunden ist, wobei ein Gebiet (5 a) der auf der Oberfäche des Halbleitersub­ strats (1) vorgesehenen Elektrode (5) als ein mit einem externen Anschluß zu verbindendes Gebiet dient;
einen isolierenden Film (9) zwischen der Be­ schichtung (2, 3) und dem Halbleitersubstrat (1) und der Elektrode (5) in einem anderen als dem beschriebenen Gebiet zum Isolieren der Elek­ trode von der Beschichtung (2, 3) und dem Halb­ leitersubstrat (1).
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungs­ typ der n-Typ und daß der zweite Leitungstyp der p-Typ ist.
3. Halbleitervorrichung nach Ansprch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) und die Beschichtung (2, 3) aus GaAs sind und daß die Halbleitervor­ richtung photoelektrisch wandeln kann.
4. Halbleitervorrichung, gekennzeich­ net durch
ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungs­ typs;
eine erste Halbleiterschicht (2) eines ersten Leitungstyps, die teilweise auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet ist;
eine zweite Halbleiterschicht (3) eines zweiten Leitungstyps, die auf der ersten Halbleiterschicht (2) ausgebildet ist;
einen isolierenden Film (9) über einem Gebiet von der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1), die nicht mit der ersten Halbleiterschicht (2) versehen ist, zu einem Teil (3 b) der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (3);
eine erste Elektrode (5) auf dem isolierenden Film (9) und einem anderen Teil (3 a) der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (3), die elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht (3) auf dem anderen Teil zu verbinden ist, wobei ein Gebiet (5 a) der ersten Elektrode (5) auf dem isolierenden Film (9) auf dem Halbleitersubstrat (1) als ein Gebiet dient, das mit einem elektrischen Anschluß zu verbinden ist; und
eine zweite Elektrode (8) auf der Rückseite des Halbleitersubstrats (1).
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungstyp der n-Typ und daß der zweite Leitungs­ typ der p-Typ ist.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1), die erste Halbleiterschicht (2) und die zweite Halbleiterschicht (3) aus GaAs sind, wobei die Halbleitervorrichtung photo­ elektrisch wandeln kann.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (5) einen kammförmigen Elektrodenabschnitt (5 A) auf dem anderen Teil der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (3) umfaßt.
8. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervor­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Herstellen eines Halbleitersubstrats (1);
Ausbilden einer Schicht (2, 3) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1), wobei die Schicht (2, 3) wenigstens ein erstes Gebiet (2) eines ersten Leitungstyps und ein zweites Gebiet (3) eines zweiten Leitungstyps umfaßt, die an der Grenzschicht zwischen sich eine Verbindung (4) aufweisen;
Selektives Ätzen der Schicht (2, 3), um teilweise die Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) frei­ zulegen;
Ausbilden eines isolierenden Films (9) über einem Oberflächengebiet von der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) zu einem Teil (3 b) der Oberfläche der Beschichtung (2, 3); und
Ausbilden einer Elektrode (5) über dem isolierenden Film (9) und einem anderen Teil (3 a) der Ober­ flächen-Schicht (2, 3), wobei die Elektrode (5) elektrisch entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Gebiet (2, 3) auf dem anderen Teil verbunden ist und wobei ein Gebiet (5 a) der Elektrode (5) auf dem isolierenden Film (9) auf dem Halbleitersubstrat (1) als mit einem externen Anschluß zu verbindendes Gebiet dient.
9. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervor­ richtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Leitungstyp der n-Typ und daß der zweite Leitungstyp der p-Typ ist.
10. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervor­ richtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Halbleitersub­ strat (1) und die Schicht (2, 3) aus GaAs sind, wobei die Halbleitervorrichtung photoelektrisch wandeln kann.
11. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervor­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
Herstellen eines Halbleitersubstrats (1) eines ersten Leitungstyps;
Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht (2) des ersten Leitungstyps auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1);
Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht (3) eines zweiten Leitungstyps auf der ersten Halb­ leiterschicht (2);
Selektives Ätzen der ersten und zweiten Halb­ leiterschicht (2, 3), um die Oberfläche des Halbleitersubstrats teilweise freizulegen;
Ausbilden eines isolierenden Films (9) über einem Oberflächengebiet von der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) zu einem Teil (3 b) der Oberfläche der zweiten Halbleiter­ schicht (3);
Ausbilden einer ersten Elektrode (5) über der isolierenden Schicht (9) und einem anderen Teil (3 a) der Oberfläche der zweiten Halbleiter­ schicht (3), wobei die erste Elektrode (5) elektronisch mit der zweiten Halbleiterschicht (3) auf dem anderen Teil verbunden ist und wobei ein Gebiet der ersten Elektrode (5) auf dem isolierenden Film (9) auf dem Halbleiter­ substrat (1) als ein mit einem externen Anschluß zu verbindendes Gebiet dient; und
Ausbilden einer zweiten Elektrode (8) auf der Rückseite des Halbleitersubstrats (1).
12. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervor­ richtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Leitungstyp der n-Typ und daß der zweite Leitungstyp der p-Typ ist.
13. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervor­ richtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter­ substrat (1) und die erste und zweite Halb­ leiterschicht (2, 3) aus GaAs sind, wobei die Halbleitervorrichtung photoelektrisch wandeln kann.
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