DE2943211C2 - Amorphe Halbleiter auf Silizium- und/oder Germaniumbasis, ihre Verwendung und ihre Herstellung durch Glimmentladung - Google Patents

Amorphe Halbleiter auf Silizium- und/oder Germaniumbasis, ihre Verwendung und ihre Herstellung durch Glimmentladung

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Description

2. Halbleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination mit Chlor als weitcrem Modifizierungselement.
3. Halbleiter nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzelcmcnt Phosphor oder Arsen eingebaut ist.
4. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzelcment Bor eingebaut ist.
5. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzelcmente Zink. Kupfer. Gold. Silber oder Mangan ein- ai gebaut ist.
6. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzelement Nickel eingebaut ist.
7. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzelcment seltene Erden eingebaut sind.
8. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzelement Kohlenstoff eingebaut ist. w
9. Halbster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzclement Stickstoff eingebaut ist.
10. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als dünne Schicht (51: 66: 76; 88) als Matrix in welche die Modifizierungs-/Zusaizclemenle eingebaut sind.
11. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen
n- oder />-Leitfähigkeitsbereich mil einem /1- bzw. p- m\ Dotierungselement.
12. Halbleiter nach Anspruch II. gekennzeichnet durch eine /in-Übergangszonc.
13. Halbleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Mehrschich- 4> lenaufbau übereinander niedergeschlagener Einzclschichten mil unterschiedlicher p- und »-Leitfähigkeit.
14. Halbleiternach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der n-Schicht und der /?- Schicht eine amorphe Eigcnleilungsschichl angeordnet ist.
15. Verwendung eines amorphen Halbleiters nach einem der Ansprüche 1 — 14 als Photolcilcr.
16. Verwendung eines amorphen Halbleiters nach j.< einem der Ansprüche I bis 14 als Lichtfühler.
17. Verwendung eines amorphen Halbleiters nach einem der Ansprüche 1-14 als Solarzelle.
18. Verwendung eines amorphen Halbleiters nach einem der Ansprüche I bis 14 als Transistor. w
19. Verfahren /ur Herstellung eines amorphen Halbleiters nach einem der Ansprüche I bis 14. bei dem auf einem Substrat durch Glimmentladung als Matrixelemeni amorphes Silizium bzw. Germanium aus einer Atmosphäre niedergeschlagen wird, die h Wasserstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Plasma, das auch fluor enthält, niedergeschlagen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Plasma, das reaktives Fluor und reaktiven Wasserstoff aufweist, niedergeschlagen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Plasma, das ein Gasgemisch mit mindestens Siliziumfluorid und Wasserstoff aufweist, niedergeschlagen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgemisch mit einem Verhältnis von SiF4/H2 zwischen 15:1 und 30:1 verwendet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgemisch mit einem Verhältnis von SiF4/H2 von 10:1 verwendet wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgemisch, das außerdem mindestens eine der folgenden Verbindungen aufweist, B2H,,, AsH3. H2Se, PH3, NH3. C2H6. GcF4. GeH4. GeCI4, ein Chlorsilan, ein Chlor-Fluor-Silan. Ga(CH3!- und (C2H.KAI. verwendet wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß SiF4 und H2 in einer Einlaßkammer (12) vorgemischt und von dort als Gasgemisch in eine Vakuumkammer (11) eingeleitet werden, in dcrviis Plasma bei 1 bis 2 mbar zwischen Elektroden bzw. Substraten (18. 25) erzeugt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat, auf dem der amorphe Halbleiter abgeschieden wird, auf einer Temperatur im Bereich von 380'C gehalten wird.
Die Erfindung bezieht sich auf amorphe Halbleiter auf Silizium- und/oder Gcrmaniumbe'is unter Verwendung von Wasserstoff als Modifizierungselement.
Derartige amorphe Halbleiter sind bereits bekannt (Solid Stale Technology. 197K. Seilen 55-60).
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch aul eine Verwendung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung solcher amorpher Halbleiter.
Bei dem vorbekannten Verfahren findet eine Glimmentladung im Wcchselspannungsfeld unter Anwendung von Silan (SiH4) statt, wodurch eine gewisse Verminderung struktureller Defekte bzw. im Bandabsland lokalisierter Zustände (Bandzuslänle) erzielt werden konnte. Diese sogcnannlc Zusiandsdichte ist jedoch noch nichl deutlich genug reduziert, um amorphe Halbleiterfilme dieser Gattung wirtschaften verwertbar zu machen. Derartige lokalisierte Zustände, wie Hängebindungen (dangiing bonds). Rekombinalionszcntren usw. sind ein Hinderungsgrund, um amorphe Halbleiter entsprechend kristallinen Halbleitern verwenden zu können.
Die Erfindung befaßt sich daher mil dem Problem, amorphe Halbleiter dieser Galtung besonders geeignet zur Verwendung in Solarzellen und elektronischen Bauelementen, wie Gleichrichtern. Transistoren und Schottky-Sperrschichten bzw. /',V-Sperrschichten aufweisende Bauelemente, zu machen.
Die Erfindung eignei sich für zahlreiche Typen amorpher Halbleilcrschichicn. sowohl dicke als auch dünne Schichten, die Rckombinations/enlrcn und andere lokale Zustände aufweisen, die üie Steuerung ihrer Leitfähigkeit stören oder gar verhindern, und sie eignen sich für
amorphe Halbleiter aus einem oder mehreren Elementen oder aus Kombinationen von Elementen, die Gemische oder Legierungen solcher Elemente sind.
Silizium ist die Basis einer umfangreichen Halbleiterindustrie und es konnten kristalline Solarzellen mit sehr s hohem Wirkungsgrad (18 %) sowie billige polykristalline Solarzellen (5,5 %) mit niedrigerem Wirkungsgrad (5.5 %) aus Silizium hergestellt werden. Da Schichten aus amorphem Silizium, wcr.n sie kristallinem Silizium äquivalent wären, zahlreiche Vorteile gegenüber den letzteren haben (z. B. niedrigere Kosten, größere Flächenbereiche, leichtere und schnellere Herstellung), besteht der Hauptzweck der Erfindung darin, die bisher vorhandene Sperre zu überwinden, die die Verwendung von solchen Materialien wie amorphem Silizium, das ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium hat, verhindert hat. Da dies durch die Erfindung gelungen ist, befaßt sich die nachfolgende Beschreibung hauptsächlich mit Siliziumschichten. Die Erfindung ist aber auch für die Herstellung von Schichten aus anderen amorphen Halbleitermaterialien :» geeignet, die aus Elementen einschließlich einzelner Elemente, Gemische oder Legierungen von Elemeilen bestehen, die in die Gruppen III bis VI des periodischen Systems fallen.
Die kristalline Halbleitertechnologie ist die Basis einer umfangreichen Industrie zur Herstellung von Halbleitern. Es gelang zunächst, im wesentlichen defektfreies Germanium und insbesondere Siliziumkrisialle zu züchten und sie in störstellenleitende Materialien umzuwandeln mit Bereichen mit P-Leitfähigkeit und mit /V-Lcitfä- w higkeit. Dies wurde erreicht, indem in solches im wesentlichen reines kristallines Material in Teilen je Million Donatoren oder Akzeptoren als Verunreinigungen eindiffundiert wurden, um ihre elektrische Leitfähigkeit zu steigern und ihren Leitfähigkeitstyp, entweder P oder N, a zu steuern. Die Herstellung von P-zV-Spcrrsehichten und fotoieitenden Kristallen erfordert extrem komplexe, langwierige und teure Verfahren. Die kristallinen Materialien, die sich für Solarzellen und Stromsteuerungen eignen, werden daher unter sehr sorgfältig kontrollierten Bedingungen hergestellt durch Züchten von einzelnen Einkristallen aus Silizium oder Germanium und. wenn P-iV-Sperrschichten erforderlich sind, durch Dotieren solcher Einkristalle mit extrem kleinen Mengen von Dotierungsmitteln. Diese Krislallwachsprozes.se ermöglichen die Herstellung relativ kleiner Kristalle, so daß Solarzellen Hunderte von Einkristallen erfordern, um den gewünschten Flächenbereich nur einer einzigen Sohn zelle auszufüllen. Die Menge an Energie, die erforderlich ist. um eine solche Solarzelle nach dieser Methode herzustel- si len, die Begrenzung hinsichtlich der Größe des Siliziumkristalles und die Notwendigkeit, dieses kristalline Material zu bearbeiten und zu beschneiden, führte zu einer wirtschaftlichen Barriere hinsichtlich einer umfangreichen Verwendung von kristallinen Halbleitern für Solar- 55 s zellen zum Zwecke der Energieumwandlung.
Es wurden daher beträchtliche Anstrengungen unternommen, Verfahren zu entwickeln, um einfach amorphe Halbleiterschichten abzuscheiden, von denen jede relativgroße Flächen umfaßt, begrenzt nur durch die Größe der Abscheidungs-Anlage. wobei diese Schichten leicht dotiert werden können, um Materialien mit ^-Leitfähigkeit und mit Λ'-Leitfähigkeit zu schaffen, wenn /'-A'-Sperrschichten erwünscht sind, um sie kristallinen Halbleitermaterialien gleichweiiig zu machen. Über viele Jahre war diese Arbeit unproduktiv. Dabei wurde gefunden, daß amorphes Silizium oder Germanium (Gruppe IV) Mikroporen und Hängebindungen sowie andere Defekte haben, die /.u einer hohen Dichte an lokalen Zuständen in ihrem Bandabstand führen. Die Anwesenheit von lokalen Zuständen mit hoher Dichte im Bandabstand bei amorphen Siliziumschichten führt zu einer niedrigen Fotoleitfähigkeil und zu kurzen Diffusionslängen, was solche Schichten ungeeignet für Solarzellen macht. Ferner können solche Schichten nicht erfolgreich dotiert oder anderweitig modifiziert werden, um das Fermi-Niveau nahe zu den Leilungs- oder Valenzbändern zu verschieben, wodurch sie ungeeignet sind zur Herstellung von Schottky-Sperrschichten oder>N/>-/V-Sperrschichten tür Solarzellen und elektronischen Krnetemeftten.
Dieses bekannte Abscheiden von amorphem Silizium, das durch Wasserstoff aus Silan modifiziert wurde, um es näher an kristallines Silizium heranzubringen und das wie kristallines Silizium dotiert wurde, was während der Glimmentladung durchgeführt wurde, ergibt Eigenschaften, die in allen wichtigen Punkten schlechter sind als die von dotiertem kristallinem Silizium; diese Materialien können daher nicht erfolgreich anstelle von dotiertem kristallinem Silizium verwendet werden.
Während die amorphen Halbleitermaierialen viele Bindungs-Optionen haben, ist die Bindung des amorphen Halbleitermaterials einschließlich seiner Elemente zu einer festen amorphen Matrix hauptsächlich eine kovalente Bindung, die für die starken Bindungen verantwortlich ist. so daß sie im wesentlichen ihre Integrität und ihren Bandabstand beibehält. Die normale strukturelle Bindung (NSB). die konventionell hergestellte amorphe Materialien kennzeichnet, ist der Zustand, bei dem jedes Atom die optimale Anzahl von Bindungen bildet, z. B. als kovalente Bindungen, die hauptsächlich für die Kohäsionsenergic des amorphen Feststoffes verantwortlich sind.
Der Bandabstand (£,.-£,.) äst die Energiedifferenz zwischen den Zuständen am unteren Ende des Leitungsbandes (H1) und am oberen Ende des Valenzbandes (£,.). Er wird normalerweise optisch gemessen und .vird eft als optischer Bandabstand oder Bandlücke (£u) bezeichnet. Der Bandabstand ist grundsätzlich bestimmt durch die feste:, amorphen Halbleitermaterialien, die die amorphe Matrix und ihre strukturellen Konfigurationen bilden. Ein festes amorphes Halbleitermaterial kann ein weites Spektrum an lokalen Zuständen im Bandabstand haben, einschließlich Hindungs- und Niehtbindungszuständen, die hier als defekte elektronische Konfigurationen (DECs) bezeichnet werden und die eine Wirkung auf das Fermi-Niveau haben, ferner die elektrische Leitfähigkeit sowie die elektrische Aktivierungsenergie des Halbleitermaterials. Solehe defekte elektronische Konfigurationen können Substitutions-Verunreinigungen und Vakanzen umfassen, sowie Gitterzwischenräume und Versetzungen usw.. c'!c hauptsächlich in kristallinen Feststoffen auftreten können, wegen der darin vorkommenden periodischen Behinderunge... In festen amorphen Materialien können dreidimensionale orbitale Zusammenhänge auftreten, die im allgemeinen in kristallinen Materialien wegen der periodischen Hindernisse oder Beschränkungen in diesen nicht auftreten. Andere defekte elektronische Konfigurationen, insbesondere in den amorphen Halbleitermaterialien nach der Erfindung, können Mikroporen und Hängebindungen umfassen, Hängebindungen und Wechselwirkungen zwischen den nächsten Nachbarn, einsame F.lektrnncnpaare, Wechselwirkungen zwischen einsamen Kleklroncnpaaren sowie zwischen diesen und nächsten Nachbarn. Valenzwcchselpaarc, Koordinationsbindungeii. Ladungskompensation. Polyvalenz. Einzclpaarkompcnsaiion. Hybridisierung, Dreizen-
irumsbindung. π-Bindung und andere, die alle darauf hinwirken, das Fermi-Nivcauim Bandabsland der Materialien um die Steuerung der Leitung der Halbleitermaterialien zu beeinflussen.
Die lokalen Zustände im Bandabstand und die Akli- < vierungscnergie sind auf die strukturelle Konfiguralion der amorphen Matrix bezogen, ferner auf die Zusammenhänge der nächsten Nachbarn der Elemente in der amorphen Matrix, auf die bereits genannten elektronischen Dcfektkonfigurationen und auf die elektrisch akti- in vcn Zentren in der amorphen Matrix. Die Aktivicrungsenergie Δ£ ist gewöhnlich die Energiedifferenz zwischen dem Fcrmi-Niveau und dem nächsten Bandrand (Valenzband oder Leitungsband) und ohne Modifikation liegt ihr Wert oft in der Größenordnung von '/: <Jcs Bandabstandes.
Die Erfindung ist u.a. anwendbar auf feste amorphe Haibieitermairizcn, einschließlich Elemente acr Gruppe IV mit normalerweise tetracdrischer Bindung und dreidimensionaler Stabilität, Elemente der Gruppe V mit drei- ;o wertiger Bindung und zweidimensional Stabilität (z. B. Flächen), sowie Elemente der Gruppe Vl mit normalerweise zweiwertiger Bindung eindimensionaler Stabilität (z. B. Ketten und Ringe). Allgemein enthalten amorphe Materialien der Gruppen V und VI keine Mikroporcn :< und Hängebindungen in dem Umfang wie amorphe Materialien der Gruppe IV. und die amorphen Materialien der Gruppe IV enthalten keine einsamen Eleklronenpuare wie die Materials η der Gruppen V und Vl. Die Anwesenheit von Elementen der Gruppen III oder V in den jo Halbleitern, die Elemente der Gruppe VI enthalten, führen zu Querverknüpfungen ihrer Ketten und die Anwesenheit von Elementen der Gruppe IV in Halbleitern, die Elemente der Gruppen V oder Vl enthalten, führen zu Querverknüpfungen entweder der Flächen der Gruppe V oder der Ketten und Ringe der Gruppe VI. so daß eine dreidimensionale Stabilität in amorphen Halbleitern erreichbar ist, die Elemente der Gruppen V und Vl enthalten. Die amorphe Halbleitermatrix nach der Erfindung kann Kombinationen und komplexe Legierungen einschließlich der vorgenannten Elemente und Materialien enthalten, um ihren Bandabstand für den gewünschten physikalischen thermischen und optischen Zweck einzustellen, während sie unabhängig geändert und modifiziert werden können, um ihre elektronischen Konfigurationen für die gewünschten elektronischen Zwecke festzulegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zustandsdichte gegenüber bekannten amorphen Halbleitern der* oben genannten Gattung zu vermindern und diese dadurch auch wirtschaftlich - mit niedrigen Her-Stellungskosten als Halbleiter-Bauelemente anwenden zu können.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Verbesserungen beansprucht.
Die Erfindung betrifft also die Herstellung eines amorphen Halbleiterfilmes durch Abscheiden einer festen amorphen Halbleitermairix auf einem Substrat, wodurch insbesondere die Dichte an lokalen Zuständen im Bandabstand des amorphen Halbleitermaterials so reduziert mi wird, daß es dem kristallinen Material annähernd äquivalent ist. Dieses Hauptmerkmal der Erfindung durchbricht die Meinung, wonach bisher angenommen wurde, daß amorphe Materialien ähnlich kristallinen Materialien wirken und arbeiten, und sie stellt eine beträchtliche technische Verbesserung dar. Als Folge hiervon können amorphe Materialien eine Anzahl günstiger Eigenschaften der kristallinen Halbleitermaterialien haben, insbcsondere eine hohe Fotolciifähigkcit und erhöhte Beweglichkeit, lange DilTusionslängcn der Träger sowie niedrige elektrische Dunkclilcitfähigkcit. Sie können modifiziert werden, um das Fcrmi-Niveau zu verschieben, um Bereiche mil .V- oder f'-Leitfähigkeit zu schaffen. So können amorphe Halbleitermaterialien wie kristalline Materialien wirken und /.. B. für Solarzellen und Siromsicucrungen in elektronischen Bauelementen, wie P-N-Spcrrschichten. Dioden. Transistoren und dgl., vcrwcndel werden.
Die Krfindung betrifft daher amorphe Halbleiter, wie z.B. Siliziumschichten, die zur Herstellung von Stromsteuerelemcnten und Solarzellen geeignet sind, wobei die gewünschten Charakteristiken dieser Schichten ohne die zuvor genannten Nachteile und Begrenzungen erreicht werden, die bei der Glimmentladung von Silangas und beim Zerslüubungsabscheidcn auftreten. Die Menge oder Mengen dos oder tier Elemente, die die amorphe Halblciterschicht bilden und die Menge der Modifizierungsmittc! ermöglichen eine Reduzierung der lokalen Zustände im Bandabstand, und sie sind unabhängig steuerbar. Ferner werden sie in einer Form erzeugt und in die amorphe Schicht in einer Art und Weise eingebaut, in der sie aktiviert sind und sehr effektiv mit der amorphen Schicht reagieren. Ferner sind die Ausgangsmalerialien zur Erzeugung des oder der Elemente, die die amorphe Schicht Kldcn. relativ billig. Ferner ist das Verfahren zur Herstellung einer amoprhen Halbleiterschicht mit einer niedrigen Dichte an unerwünschten lokalen Zuständen leicht steuerbar und zuverlässig urd schnell zur genauen Produktion von modifizierten ;«jnorphen Halbleiterschichten durchführbar. Die Qualität der amorphen Halblciterschichlen wird stark verbessert. Beispielsweise wird die Dichte der unerwünschten lokalen Zustände um wenigstens den Faktor IO reduziert.
Obwohl die Erfindung auf verschiedene amorphe Halbleitermaterialien anwendbar ist. wird nachfolgend eine amorphe Halbl<:itcrschicht beschrieben, die Silizium in der festen amorphen Halbleitermatrix enthält und die modifiziert wird. Eine Verbindung, die Silizium enthätt, wird durch Glimmentladung zerlegt, um amorphes Silizium auf einem Substrat abzulagern, wobei eine Mehrzahl von Modifizierungselemenien während der Glimmentladung eingebracht werden, um die elektronischen Konfigurationen der Schicht zu ändern und die Dichte der lokalen Zustände im Bandabstand zu reduzieren, um das Material dem kristallinen Silizium stärker äquivalent zu machen. '
Diese Verwendung einer Mehrzahl von Modifizierungsclcmenten verringert nicht, nur die Dichte de: lokalen Zustände nahe dem Fermi-Niveau im Bandabstand wie bei der Ablagerung von Silan durch Glimmentladung, sondern in einem größeren Ausmaß und außerdem näher beim Leitungsband und beim Valenzband, was beim Zerfall von Silan durch Glimmentladung nicht erreichbar ist. Infolge einer solchen Reduzierung der Dichte der lokalen Zustände im wesentlichen über den Bandabstand, wird zum erstenmal ein geeigneter Ersatz füi kristallines Silizium erhalten, wodurch das amorphe SiIizium nach der Erfindung zahlreiche günstige Eigenschaf ten wie bei kristallinem Silizum erhält.
Die Modifizierungselcmenlc, die in die amorphe Halb lcitcrmatrix während des Zerfalls der Siliziumverbindunj mittels Glimmentladung eingebaut werden gemäß diese speziellen Ausführungsform der Erfindung, umfasset Wasserstoff und Fluor, durch weiche verschiedene lokali Zustände im Bandabstand reduziert werden können. Ii dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung umfaß
die Siliziumverbindung Siliziumtcirafluorid (SiI-.,). die Silizium für die amorphe Halbleitcrmuirix und Fluor als ein Modifizierungselemcnt liefen. Während in Siliziumtctrafluorid bei einer Glimmcniludung ein Plasma gi-bilclet werden kann, isi es iiuDcrsl schwierig, wenn nicht unmöglich, hieraus Silizium niederzuschlagen. Die Atmosphäre für die Glühentladiing enthält molekularen Wasserski;', der durch die ülühenlladung aktiv gemacht wird durch Umformung in atomaren Wasserstoff oder Wasserstoffionen. Dieser reaktive Wasserstoff reagiert in der Glimmentladung mit dem Siliziumtetrafluorid, um dessen Zerfall zu bewirken und amorphes Silizium daraus auf dem Substrat abzuscheiden. Gleichzeitig werden Fluor und verschiedene Siliziumfluoride freigesetzt und durch die Glimmentladung reaktiv gemacht. Der reaktive Wasserstoff und das reaktive Fluor werden während des Abscheiden in die amorphe Siliziummalrix eingebaut; sie sättigen die Hängebindungcn und andere Defekte und verändern die Haibieitermatrix derart, daü die Anzahl von Defekten verringert wird. Damit reduzieren diese Modifizierungselemente wesentlich die Dichte der lokalen Zustände im Bandabstand, wodurch die vorgenannten Vorteile erreichbar sind.
Es können auch andere Verbindungen und Kompensationsmittel verwendet werden, z. B. außer Germanium noch weitere Elemente der Gruppe IV, der Gruppe V, wie Arsen, der Gruppe VI, wie Selen und Kombinationen hiervon. Die Modifizierungsmittel außer Wasserstoff und Fluor können weitere Halogenelemente der Gruppe VII, wie Chlor, und seltene Erdmetalle, wie Gadolinium, Erbium und Europium, sowie Übergangsmetalle, wie Wolfram, und auch Elemente der Gruppen III und IV, wie Bor und Kohlenstoff, umfassen.
Da die Dichte der lokalen Zustände im Bandabstand der amorphen Halbleitermatrix gemäß der Erfindung reduziert wird, so daß das amorphe Material annähernd äijüiVäicni kristallinem Halbleitermaterial ist, kann die amorphe Halbleitermatrix gleich modifiziert oder dotiert werden, um ihre elektronischen Konfigurationen zu verändern und um verschiedene lokale Zustände wie bei kristallinen Halbleitern in den Bandabstand einzuführen. Einige der Modifizierelemente können als Donatoren oder Akzeptoren wirken, um das Fermi-Niveau zu verschieben, während andere als Sensibilisiermittel verwendet werden, um die Fotoleitfähigkeit zu steigern. Dies kann durch Einbau von Modifizierungselemenlcn in die amorphe Haibieitermatrix während der Glimmentladung und ihrer Ablagerung durchgeführt werden, wobei die Modifizierungsmittel in verschiedenen Mengen eingeführt werden können, einschließlich kleiner Mengen, wie Teilen je Million. Diese Modifizierungselcmente können die amorphe Haibieitermatrix von im wesentlichen Eigenleitung zur Störstellenleitung verändern, um das Fermi-Niveau im Bandabstand in Richtung auf das Leitungsband oder das Valenzband zu verschieben und um ^-Leitfähigkeit oder P-Lcitfähigkeit zu erzeugen, und es kann die Fotoleitfähigkeit der amorphen Haibieitermatrix gesteigert oder sensibilisiert werden.
Die Modifizierungselemente können Elemente der Gruppe umfassen, wie Phosphor und Arsen, um A/-Leitfähigkeit zu schaffen, und Elemente der Gruppe IH, wie Bor, Aluminium. Gallium und Indium, um /'-Leitfähigkeit zu schaffen. Andere Elemente., die in kleinen Mengen in die amorphe Haibieitermatrix zur Modifizierung eingebaut werden, können beispielsweise nichi-teträcdrisch gebundenes Bor u.dgl. umfassen, und sie können die Modifizierung oder Dotierung durch Modifizierelemente der Gruppe IN erleichtern, um der amorphen Haiblei- leimairix cine /'-Leitfähigkeit /u geben. Die Modifizierclemenie können ferner Scnsibilisierungselemente umfassen, wie Zink, Kupfer, CJoId. Silber und Mangan zur Steigerung der Wotoleitfähigkeit der amorphen Halblei lerinatrix. Modifizierungselementc einschließlich der
Obergangsmetallelcmcnte. wie Nickel, können in die Halbleilermatrix eingebaut werden, um deren elektrische Leitfähigkeit zu steigern. Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Abschei-
H) den von Silizium mittels Glimmentladung von SiH4 und mittels Aufstäuben von amorphen Siliziumfilmen wurde angenommen, dal) nur ein einziges Modifizierungselcment zur Reduzierung der Dichte der lokalen Zustände im Bandabstand verwendet wird, nämlich Wasserstoff, das dem festen Niederschlagsverfahren ausgesetzt wird. Gemäß der Erfindung wurde aber festgestellt, daß eine wesentliche Reduzierung der Dichte der lokalen Zustände, von denen viele als Rekombinationszentren wirken, erreichbar ist durch zwei oder mehr Modifizierungseie menle, die einander komplementär sind. So wird ange nommen, daß Fluor und Wasserstoff als solche komplementäre Modifizierelemcnte wirken, die die lokalen Zustände im Bandabstand auf einen Grad reduzieren, der merklich größer ist als durch die Verwendung von nur einem dieser Elemente.
in einer amorphen Halbleiterschicht kann das Fermi-Niveau nicht nahezu vollständig zum Valenzband oder Leitungsband verschoben werden, was erforderlich wäre, um eine gute /"-N-Sperrschicht zu schaffen, es sei denn.
jo die Dichte der lokalen Zustände im Bandabstand ist sehr niedrig. Bei der versuchten Dotierung beim Abscheiden von Siliziumschichten aus Silan mittels Glimmentladung mittels einem Dotierungsmittel für ^-Leitfähigkeit wurde das Fermi-Niveau nur um etwa 0,2 eV des Leitungs-
jj bandes verschoben, wodurch die Schicht nicht wirtschaftlich für Solarzellen oder Stromsteuerungen verübe
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eines Dotierungsmittels für JV-Leilfähigkeit, wie Arsen, zu einer amorphen Siliziumschicht das Fermi-Niveau um die gesamte Strecke zum Leitungsband hin verschoben werden. Die Zugabe eines /V-Dolierungsmittels. wie Arsen, zu einem amorphen Silizium verschiebt das Fermi-Niveau bis zu einem Punkt nahe dem Leitungsband, weil der Einbau der komplementären Modifizierungselemen te Wasserstoff und Fluor die Dichte der unerwünschten lokalen Zustände im Bandabstand vor allem in der oberen Hälfte des letzteren reduziert hat. Man erhält dadurch amorphe Siliziumschichten mit guter /V-Leitfähigkcit.
so Um eine amorphe Siliziumschicht mit guter P-Leitfähigkci: herzustellen, ist es erforderlich, die lokalen Zustände in der unteren Hälfte des Bandabslandes wesentlich zu reduzieren. Hierzu ist ein anderes Modifizierungselement als WasserstofT und Fluor oder eines zusätzlich zu diesen Elementen erforderlich. Beispielsweise kann Bor in nichttctraedrischer Koordinierung die Dichte der lokalen Zustände in der unteren Hälfte des Bandabstandes reduzieren, wodurch amorphes Silizium erfolgreich mit einem konventionellen Dolierungsmittel für P-Leit-
M) Fähigkeit dotiert werden kann.
Bei der Produktion von hochleistungsfähigen Solarzellen ist ein großer Verarmungsbereich günstig, um die Absorption von Photonen zu steigern, die Elektronenloch-Paare bzw. Defektelektronen-Paare erzeugen. Ein großer Verarrnungsbcreich wird erreicht in einer eigenieitcnden Schicht, die eine relativ niedrige Dichte an lokalen Zuständen im Bandabstand aufweist. Eine solche amorphe Halbleiierschicht eignet sich für eine Solarzelle mit
Schottky-Sperrschicht. Wenn jedoch eine /'-/V-Sperrschicht gebildet werden soll, isles erforderlich. Mittel /ur Modifizierung der Leitung zuzugeben, d.h. Ak/eplor-Dotierungsmittel, um das Ferini-Niveiiu nahe /um Valenzband in einem Teil der Schicht zu verschieben, sowie Donator-Doticrungsmittel in einem anderen Teil der Schicht, um d""s Fermi-Nivcau nahe /um Leitungsband zu verschieben, um eine wirksame Solarzelle mil P-N-Sperrschicht zu schaffen. In einem solchen Fall wird eine extrem kleine Menge (Teile jt Million) des Doiierungsmittels der Schicht zugegeben. Wie oben erwähnt, wird durch eine niedrige Dichte an unerwünschten lokalen Zuständen (mit einer entsprechenden niedrigen Dichte an Rekombinationszentren) ermöglicht, daß die amorphe Schicht effektiv dotiert werden kann, wodurch effektive P-N-Sperrschichten erzielbar sind, die für Fotozellen geeignet sind. Um die fotoleitcnden Eigenschaften des amorphen Halbleiters weiter zu steigern, können infolge der niedrigen Dichte der lokalen Zustände ferner Sensibilisierungsmittel, wie Zink und Kupfer, zugegeben werden, um die Trägerlebensdauer zu erhöhen. Wenn eine hohe Dunkelleitfähigkcil erwünscht ist, werden wesentlich größere Mengen an leilungs-modifizicrendcn Mitteln in den Teil der Schicht eingeführt, der /V-Iciicnd oder /»-leitend sein soll.
Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung von amorphen Halblciterschichtcn, die kristallinen Schichten bei der Herstellung von Solarzellen und Stromsteucrungen einschließlich P-iV-Sperrschichtcn u.dgl. gleichwertig sind, obwohl bisher angenommen wurde, daß amorphe Halbleitermaterialien nicht so hergestellt werden können, daß sie kristallinen Materialien äquivalent sind. Bei der Herstellung können ferner Menge und Art der Bindung der eingebauten Modifizierungselemcnic unabhängig gesteuert werden. Die amorphen Halbleiter können ferner mit großer Fläche, hoher Ausbeute und niedrigen Kosten hergestellt werden. Schließlich ermöglichen diese Schichten eine maximale Ladungsträger-Trennung und -Sammlung für Solarzellen, wodurch ein sehr hoher Energieumwandlungsgrad erreichbar ist. so daß sie zur Lösung der gegenwärtigen und künftigen Energieprobleme beitragen können.
Wie oben erwähnt, können auch andere Verbindungen außer Siliziumtetrafluorid durch Glimmentladung in einer Atmosphäre aus Wasserstoff verwendet und zerlegt werden. Beispielsweise kann Silan (SiH4) in einer Atmosphäre zerlegt werden, die Wasserstoff enthält, um die Dichte der Zustände im Bandabstand stärker zu reduzieren als durch eine Zerlegung von Silan mittels einer Glimmentladung erreichbar ist.
Außer Silizium und Modifizierungsmittcin. wie Wasserstoff und Fluor, bzw. Siüziumteirafluorid in einer Atmosphäre, die Wasserstoff enthält. (SiF4+ H2), können auch andere Verbindungen und Atmosphären verwendet werden, beispielsweise SiH4+ SiF4, SiH4+ F^. SiHF3 + Hj oder F2, SiH2F2+ H2 oder F2 sowie SiH3F + H2 oder F1, worin Wasserstoff und Fluor die Modifizierungselemente bilden, die in die amorphe Halbleitermatrix eingebaut werden.
Weitere Beispiele von Verbindungen und Elemente in der Atmosphäre sind SiCl4+H2, SiHCl3+ H2 oder + F11SiH1Q2 +H2 oder +F2. SiH3Cl+H2 oder +F1. SiCl3F+ H2. SiCl2F2+ H2. SiClF3+ H2, worin Chlor. Wasserstoff und Fluor die Modifizierungselemcnte sind, die in die amorphe Halbleitermatrix eingebaut werden. Anstatt Silizium kann ein anderes Element der Gruppe IV verwendet werden, wie z. B. Germanium, das mittels Glimmentladung niedergeschlagen werden kann, wozu sich folgende· Verbindungen und Atmosphären eignen: (JeH4 + H2 oder (- F,. GeK4+ H2. GKCI4 + H2. worin Germanium das Basisclcment der Matrix ist und die Ebmente Wasserstoff, Fluor und Chlor die einzubaucn- ·> den Modifizierungsmittel sind.
Ks können ferner die Verbindungen AsH3 + H2Se durch Glimmentladung niedergeschlagen werden in einer Atmosphäre, die H, oder H2 enthält, um eine Arscn-Selen-Legierung zu bilden, die Elemente der Gruppe V to und Vl enthält, und die durch Wasserstoff oder Fluor modifiziert werden.
Ferner kann AsH3 durch Glimmentladung in einer Atmosphäre niedergeschlagen werden, die H2 oder F2 enthält, um eine amorphe Matrix aus Arsen (ein Element υ der Gruppe V) zu schaffen, das durch Wasserstoff und/oder Fluor modifiziert wird.
Nach einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung können Verbindungen aus (CH3I3Ga +AsH3 in einer Atmosphäre, die H2 oder F2 cnihäii, verwemici werden. :n um eine amorphe Halblcitermatrix zu erzeugen, die eine Gallium-Arscn-Legierung enthält, die durch Wasserstoff und/oder Fluor dotiert wird. Die amorphe Matrix umfaßt Elemente der Gruppen III und V.
Weilerhin können durch Glimmentladung die Verbin-2$ düngen (CH1),in sowie PH3 in einer Atmosphäre niedergeschlagen werden, die H2 oder F2 enthält. Dies ergibt eine Indium-Phosphor-Lcgicrung. die durch Wasserstoff und/oder Fluor dotiert wird und die damit Elemente der Gruppen IU und V enthält.
.mi Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die hohe Temperaturen aushält, können Verbindungen wie HjH,, und NH3 in einer Atmosphäre mit H2 oder F2 zur Bildung einer amorphen Halbleitcrmatrix verwendet werden, die eine Bor-Stickstoff-Lcgierung enthält, die jn durch Wasserstoff und/oder Fluor dotiert wird.
Ferner kann aus SiH4 und C2H,, in einer Atmosphäre mii H2 oder F2 eine Matrix aus einer SiüziunvKchlenstoff-Legierung hergestellt werden, die durch Wasserstoff und/oder Fluor modifiziert wird. Außerdem kön-4u nen die Verbindungen SiF4 und C^H6 in einer Atmosphäre, die H2 oder F2 enthält, zur Bildung eines amorphen Halbleiters verwendet werden, die eine Silizium-Kohlcnstoff-Legierung enthält, wobei als Modifizierungsmittel Wasserstoff und/oder Fluor verwendet werden.
Um eine zV-Dotierung zu erhalten, kann außer Arsin (AsH3) auch Phosphin (PH3). Ammonium (NH3) u.dgl. als Gas verwendet werden, unt Phosphor und Stickstoff als Donatoren zu verwenden. Hier werden Phosphor und 5<) Stickstoff in den Film eingegliedert, die aus diesen Gasen erhalten werden.
Außer der Verwendung von Diboran (B2H4) für die P-Doticrung kann beispielsweise Ga(CH3)3 oder (C2H5I3Al oder dgl. verwendet werden. Hier werden Gallium und Aluminium, die aus diesen Gasen erhalten werden, in die Schicht eingebaut.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert: dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Zerlegen einer Verbindung mittels Glimmentladung, um eine feste amorphe Matrix abzulagern und diese zu modifizieren:
Fig.2 im Schnitt einen Teil der Vorrichtung nach Fig.! längs der Linie 2-2 von Fig. 1:
Fig.3 im Schnitt eine fotoempfindliche Einrichtung wie z. B. eine xerographische Trommel mi« einer amorphen Halbleilerschicht;
Fig. 4 im Schnitt eine Folodctcktor-F.inrichiir.ig mil einem amorphen Halbleiter;
Fig. 5 im Schrill eine Ausführungsform einer Solarzcl' mil einer amorphen Halbleilcrschicht mit einer Schottky-Sperrschicht;
Fig. 6 eine P-Z-jV-Solarzelle mit einem amorphen Halbleiter;
F i g. 7 im Schnitt eine Solarzelle mit Ρ-Λ-Sperrschicht mit einem amorphen Halbleiter;
Fig. 8 eine Sperrschichtfotozelle mit Heiero-Über- ι gang mit einem amorphen Halbleiter;
Fig. 9 eine graphische Darstellung, wobei die Dunkelleitfähigkeit (J(QcITi)" ' über der umgekehrten Tcmpera-
10'
tür für verschiedene Verhältnisse von Siliziumleira-
fluorid zu Wasserstoff (SiF4/H:) in dem Reaklionsgas aufgetragen ist. um die Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit bei einer Zunahme des Wasscrsloffgehalies im
Fig. 10 in einem Schaubild verschiedene Verhälinissc von SiF4/H2 im F iaklionsgas, wobei (a) die DunUelleiifähigkeil bei Raumtemperatur iTo(ilcm) ' und (b) die elektrische Akiivierungsencrgie Δ£(ΐ'Γ) dargestellt sind;
Fig. 11 in Form eines Schaubildcs eine Kurve für verschiedene Verhältnisse von SiF4/H: im Reaktionsgas, wobei die Photonenenergie EOi{eV) dargestellt ist, wobei der Absorptionskoeffizient a= 1O+ cm"1 beträgt;
Fig. 12 in einem Schaubild verschiedene Verhältnisse von SiF4/H2 im Reaktionsgas, wöbe· die Fotoleitfähigkeit σ/. = aL — (P0(QCm)"1 dargestellt ist, worin a, die elektrische Leitfähigkeit unter Licht und <r„ die Dunkelleitfähigkeit sind, und zwar Tür zwei Typen von einfallender Strahlung, wobei aF bei (a) gemessen ist unter AMA-Strahlungsbedingungen sowie einer Einfallsenergie von 90mWcm"2 und bei (b) bei monochromatischer Strahlung mit λ = 600 nm bei einer Einfallsflußdichte von Nn = 6x 1014S-1Cm-':
Fig. 13 in graphischer Darstellung die einfallende monochromatische Strahlung hv (eV) in der Kurve (a). wobei h eine Konstante und ν umgekehrt proportional zur Wellenlänge ist und zwar aufgetragen über dem Fotostromausdruck I --'■£-*■■ I1'2.wobei der Schnittpunkt En
die optische Lücke definiert, wobei ferner die Kurve (b) die optische Lücke E0 (eV) für verschiedene Verhältnisse von SiF4/H2 im Reaktionsgas dargestellt;
Fig. 14 in Form eines Schaubildes die Stärke der Modifizierung oder Dotierung eines SiF4/H2-Filmes in den
.15
45 einer Bohrung versehen, die eine elektrische Heizeinrichtung 20 aufnimmt, um sie aufzuheizen. Eine temperaturempfindüehe Sonde 21 mißt die Temperatur der Stütze 14. Die Sonde 21 wird in Verbindung mit der Steuerung der Heizeinrichtung 20 benutzt, um die Kathodenabstützung 14 und damit das Substrat 18 auf den gewünchJen Temperaturen zu halten.
Eine Elektrode 23 ist in der Vakuumkammer 1' des Gehäuses 10 im Abstand zur Kathodenabstützung 14 befestigt. Die Elektrode 23 ist mit einem Schirm 24 versehen, der seinerseits ein Substrat 25 trägt. Die Elektrode 23 ist ferner mit einer Bohrung zur Aufnahme einer elektrischen Heizeinrichtung 26 sowie mit einer Bohrung zur Aufnahme einer Temperatursonde 27 versehen. Die Sonde 27 wird zur Steuerung der Heizeinrichtung 26 verwendet, um die Elektrode 23 und damit das Substrat 25 auf den gewünschten gegebenen Temperaturen zu halten. Der Raum in der Vakuumkammer 11 zwischen der Stütze 14 und der Elektrode 23 dient zur Glimmentladung zwischen diesen Teilen, um zwischen ihnen ein Plasma zu erzeugen. Die Kathode ist elektrisch an eine Energiequelle, z. B. eine Hochfrequenzquelle oder eine Gleichstromquelle, angeschlossen, die regelbar ist. Die Elektrode 23 ist an Erde gelegt, um zwischen beiden die gewünschte Glimmentladung zu bewirken. Die Vakuumkammer 11 wird durch eine Vakuumpumpe 30 über eine Partikelfalle 31 evakuiert und ein Manometer 32 zeigt den Vakuumdruck in der Kammer 11 an, da sie in Verbindung mit der Steuerung der Vakuumpumpe verwendet wird.
Die Einlaßkammer 12 des Gehäuses 10 ist vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Leitungen 34 versehen zur Einführung von Materialien in das Gehäuse 10, um darin gemischt und in der Kammer 11 durch Zerfall mittels Glimmentladung zwischen der Kathode 14 und der Elektrode 23 auf den Substraten 18 und 25 niedergeschlagen zu werden. Wenn gewünscht, kann die Einlaßkammer 12 an einem entfernten Punkt angeordnet werden, um dort die Gase vorzumischen, ehe sie in die Vakuumkammer ! i des Gehäuses 10 eingeleitet werden. Die Stoffe werden zu den Leitungen 34 über Filter oder Reinigungseinrichtungen 35 mittels Steuerung der Ventile 36 zugeleitet. Die Ventile 36 steuern die Zufuhrgeschwindigkeit der Materialien in die Vakuumkammer 11. Wenn ein Material nicht in Gasform, sondern in flüssiger oder fester F-vm benutzt wird, kann es in einem geschlossenen Behälter 37 angeordnet werden. Dieses Material 38 wird durch eine Heizeinrichtung 39 erwärmt, um seinen Dampfdruck zu erhöhen, um im Behälter 37 Material in Dampfform zu erzeugen. Ein geeignetes Gas wird durch ein Tauchrohr
Richtungen ρ und η über der Dunkelleitfähigkeit nD in 50 40 in das Material 38 eingeführt, um Dämpfe der Mate-
der Kurve (α) und über der elektrischen Aktivierungsenergie Δ£ in der Kurve (/>) und
Fig. 15 in einem Schaubild die Dichte der lokalen Zustände im Energieband N(E) über der Elektronenenergie E(eV) im Energieband; T1 ist die Substrattemperatur.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Abscheiden der Halbleitermatrix durch Glimmentladung ist schematisch in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 10 mit einer Vakuumkammer 11. «·, einer Einlaßkammer 12 und einer Auslaßkammer Eine Kathodenabstützung 14 ist in der Vakuumkammer Il angeordnet. Sie greift durch einen Isolator 15 hindurch und ist am Umfang mit einer Isolierhülse 16 und einer Abschirmung 17 umgeben. Ein Substrat 18 ist am (,5 inneren Ende der Stütze 14 mittels einer Halterung befestigt, die auf die Stütze 14 in elektrischem Kontakt mit ihr aufeeschraubt sein kann. Die Stütze 14 ist mit rialien 38 aufzufangen und diese über das Filter oder die Reinigungsanlage 35 in ihre zugeordnete Leitung 34 zum Zwecke der Einleitung in die Vakuumkammer 11 zu bringen. Die Ein'.aBkammer 12 und die Auslaßkammer sind mit Schirmen 42 versehen, um das Plasma in der Vakuumkammer 11 im Prinzip zwischen der Kathode und der Elektrode 23 einzugrenzen.
Die Materialien, die durch die Leitungen 34 zugeführt und in der Einlaßkammer 12 gemischt werden, werden einer Glimmentladung ausgesetzt und zwischen der Kathode 14 und der Elektrode 23 in der Kammer 11 zerlegt, um den gewünschten Zerfall und die Bildung einer amorphen Matrix auf den Substraten 18 und/oder 25 sowie den Einbau der gewünschten Änderungs- und/oder Modifizierungsmalerialien in die Matrix zu bewirken.
Im Betrieb der Vorrichtung nach den F ig. 1 und 2 wird das System zuerst auf einen Druck von weniger als etwa 26 ubar vor dem Niederschlag evakuiert. SiF4 wird in die
Einlaßkammer 12 durch eine der Leitungen 34 eingeleitet, ebenso molekularer Wasserstoff durch eine andere der Leitungen 34, worauf die beiden Gase in der Einlaßkammer 12 vorgemischt werden. Das Gasgemisch wird in konstanter Geschwindigkeit von etwa 5 lOcnv'/min in die Vakuumkammer ϊ 1 eingeführt, in welcher der Druck im Bereich von etwa 1.3 bi>-· 2.6 mbar gehalten wird. Der Partialdruck in der Vakuumkammer 11 und die in diese eingeführten Gase bilden darin eine Atmosphäre, die diese Gase enthält. Indieser Atmosphäre wird ein Plasma zwischen den Substraten 18.25 erzeugt, wobei entweder eine Gleichspannung von mehr als 1000 V oder eine Hochfrequenzenergie von etwa 50W benutzt wird, die mit 13,56MHz oder einer anderen Frequenz arbeitet.
Obwohl ein Plasma bei Gasgemischen aus SiF4, SiF4 + Ar. SiF-1-; H2 erreichbar ist, kann eine Siiiziumschichl auf den Substraten 18 und 25 nur bei dem letztgenannten Gemisch aus SiF4 + H2 abgeschieden werden. Die Einführung von H2 ist für eine erfolgreiche Abscheidung der Schicht wichtig. Der Grund hierfür ist die Tutsache, daß in dem Plasmabereich zwischen den Substraten 18.25 die Wasserstoffmoleküle H2 in Atom- oder loncn-Fjrmen disoziieren. Die Wasserstoffatome oder -ionen sind sehr reaktiv und besitzen viel zu viel Energie für die direkte Rekombination. Diese Energie wird in unelastischen Stoßen mit SiF4-Molekülen verbraucht mit der Folge, daß die SiF4-Moleküle in eine Mehrzahl von Spezies zerfallen, wie stabile als auch instabile Atome. Subfluoride. freie Radikale und Ionen von Silizium und Fluor. Dieser Zerfall zu Silizium tritt in einer sehr aktiven Umgebung auf, die reaktiven Wasserstoff und reaktives Fluor enthält. Die Eigenschaften der abgeschiedenen Siliziumschichten auf den Substraten 18 und 25 variieren merklich mit dem Verhältnis von SiF4 und H2 in der Ausgatigsmischung, was auf der Basis des Einschlusses von H und F in der fertigen abgelagerten Schicht des amorphen Siliziums erklärt wird. Die Abscheidung der amorphen Schicht wird bei einer nominalen Subsiraitemperalur von etwa 380C durchgeführt, wobei es jedoch möglich ist, daß die tatsächliche Substraltemperalur etwas niedriger ist.
Bei der Herstellung der Vorrichtungen nach den F i g. 3 bis 8 kann die Zusammensetzung der Gase, die zerlegt werden, schnell geändert werden, so daß jode gewünschte Folge von Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie z.B. eigenleitcnd. ^-leitend. /V-leitend. P'-leitend und /V -leitend, durch die Glüheniladung hergestellt werden kann.
Die elektrische Leitfähigkeit kann durch folgende Gleichung angegeben werden:
7„cxp und =c[i,.N[Er)kTv'
für Elektronen
für Löcher
Der erste Ausdruck der Gleichung betrifft die Leitfähigkeit von thermisch erzeugten Trägern in die erweiterten Zustände über Et (Leitungsband) oder unter E1. (Valenzband),
Der zweite Ausdruck der Gleichung stellt die Leitung innerhalb der lokalisierten Zustände im Bandabstand infolge von Sprüngen (hopping) dar. und diese ist vorherrschend, wenn die Dichte der lokalen Zustünde groß ist. wie z.B. bei nicht verändertem oder modifiziertem Silizium oder dgl.
Der erste Faktor im ersten Ausdruck dieser Gleichung ist gegeben durch
Darin sind N{EC) und N{Er) die effektiven Dichten der Zustände am Leitungsband-Mobilitätsrand Ec und am Valenzband-Mobilitätsrand Er. μ, und μΗ sind die Mobilitäten der Elektronen und Löcher in Hen erweiterten Zuständen. 6 ist die Temperaturabhängigkeit der Bandin ränder und k ist eine Konstante.
Fig.9 zeigt eine Reihe von Kurven für \oga über 103/Γ für verschiedene Proben einschließlich gegebener Verhältnisse von SiF-JH2 im Reaktionsgas, nämlich 99:1. 80:1. 30:1 und 15:1. Es ist offenbar, daß, wenn is der H2-Anteil im Gasgemisch zunimmt, dann der Leitungsmechanismus in den Schichten sich von einem unaktivierten Prozeß, der Sprünge einschließt, zu einem gut definierten aktivierten Prozeß ändert, der thermisch erzeugte Träger umfaßt. Proben mit den Verhältnissen ?_> 99:1 und 80:1 können durch den zweiten Ausdruck der obigen Gleichung beschrieben worden, der Sprünge einschließt und die Proben mit den Verhältnissen 30:1 und 15:1 können durch den ersten Ausruck der Gleichung beschrieben werden, der thermisch erzeugte Ladungsträger einschließt. Man erkennt somit, daß die elektrische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur der verschiedenen Proben wesentlich zunimmt, wenn der Η-Anteil in den Proben abnimmt.
Fig. 10 faßt die Parametcr-Dunkelleitfähigkeit bei w Raumtemperatur σ0 (Kurve (a)) und Kurve (b) die Aktivierungsenergie AE sowie Kurve (c) den Faktor n0 zusammen. Die Proben mit den Verhältnissen 99:1 und 80: t. die in Kurve (h) dargestellt sind, sind nicht aktiviert, während die anderen Proben mit den Verhältnissen .15 30:1 und 15:1 aktiviert sind. Um Δ£ und n0 für Werte von SiF4/H2 zu erhalten, die größer sind als 80:1. werden Tangenten an die Kurven in Fig.9 bei Raumtemperatur gezogen. Diese Figur zeigt, daß ein Übergang im Leitungsmechanismus im Bereich 30:1 <SiF4/H2 4i) <80:1 auftritt. Der Faktor σ0 wie in (c) gezeigt, ändert sich um sechs Größenordnungen. Die Dunkelleitfähigkcit (Sn bei Raumtemperatur nimmt merklich ab. wenn der H2-Gchalt in der Mischung zunimmt. Ein Minimum in der elektrischen Leitfähigkeit aD tritt bei einem Verhällnis SiF4/H2 von etwa 15:1 auf und die elektrische Leitfähigkeit aD nimmt mit weiterer Reduzierung des Verhältnisses zu.
Fig. 11 zeigt die Energie- oder Bandlücke £04 (definiert als die Photonenenergic. bei der der Absorptionskoeffizient a= 104Cm"1 ist), die zunimmt, wenn das Verhältnis SiF4/H2 abnimmt. Es besteht eine Beziehung zwischen dem Verhältnis von SiF4/H2 im Gasgemisch und dem Verhältnis Si/H und dem Verhältnis Si/F in der niedergeschlagenen Schicht, obwohl diese Beziehungen nicht eine 1: !-Beziehung zu sein brauchen. Wenn Legierungen gebildet werden, nimmt der Wert £04 zu. da Wasserstoff in der Schicht zunehmend eingebaut wird, wenn das Verhältnis SiF4/H2 verringert wird. Dies führt zu einer Steigerung der Anzahl der Si-H-Bindungen und κι da diese Bindungen stärker sind als die Si-Si-Bindungen nimmt der Wert E04 zu. Die Zunahme im Einbau vor Wasserstoff schlägt sich in Änderungen der optischer und elektrischen Eigenschaften nieder, wie in den Fig.^ bis 11 dargestellt ist.
ι,? Die am wenigsten Wasserstoff enthaltenden Probci (99: I und 80: I) zeigen eine nichtaktivierte Leitung, wo bei die Leitung /V-Leitfähigkeit haben kann und sie zci gen eine Dichte an lokalisierten Zuständen von mehr al
ΙΟ19 cm"3 (eV)~'. Die Leitfähigkeitsolcher Proben wird dominiert durch Sprünge (hopping) von Elektronen, die um das Fermi-Niveau liegen. Wenn das Verhältnis SiF4/H2 verringert wird, ergibt sich aus den Fig.9 und 10, daß die elektrische Leitfähigkeit um Größenordnungen abnimmt und es erfolgt ein Wechsel zu einer gut definierten Aktivierungsenergie. Diese Proben bleiben N-leitfahig und der Leitungsmechanismus ist eine Elektronenleitung innerhalb der erweiterten Zustände im Leitungsband. Der obige Übergang von einer Stromleitung (hopping conduction) zu einer gut aktivierten Leitung erfolgt aufgrund des kombinierten Einbaus von Wasserstoff und Fluor in die amorphe Siliziumschicht. Die lokalen Zustände rühren von einer verschiedenen Anzahl von Quellen her, nämlich von Hängebindungen. Poren, Defekten usw. Mit zunehmendem Wassersloffeinschluß werden die Hängebindungen gesättigt, wodurch die Halbleitermatrix derart verändert wird, daß die Dichte der lokalen Zustände reduziert wird. Wenn eine ausreigeschlagene Schicht, die Wasserstoff enthält mit einem Verhältnis von SiF4: H2 von 10:1 bei einer Substrattemperatur von etwa 550° K.
Es ist zunächst festzuhalten, daß die Dichte der lokalen s Zustände der Schicht aas SiFJH2 beträchtlich niedriger ist als die der Schicht aus SiH4. wobei die erste im Bereich von 10""CITi-3Pl-'"1 und die letzte im Bereich von 1017 cm M' ' liegt. Diese Zustandsdichten sind bestimmt durch die Feldeffekttechnik; diese Zahlen stellen in obere Grenzen dar.
Aus Fig. 15 ergibt sich ferner, daß amorphes Silizium aus SiH4 eine Anhäufung bei im wesentlichen 0.4 eV des Bandabstandes hat. die eine Verschiebung des Fermi-Nivcaus bei der nachfolgenden Dotierung weit unterhalb υ dieses Punktes und nicht jenseits eines Energiebandwertes von 0.2 e V verhindert. In der aus SiF4/H2 hergestellten Schicht ist hingegen diese Anhäufung oder dictr Höcker vollständig eliminiert, so daß das Fermi-Niveau im wesentlichen bis zum Leitungsband Ec verschoben
chendc Reduzierung erfolgt ist, tritt ein Übergang im ;» werden kann. Der Grund hierfür ist die kombinierte
Leitungsmechanismus auf.
Es ist bekannt, daß im schwach absorbierenden Teil des Energiespekirums, bei dem i-d kleiner als I ist. worin a der Absorptionskoeffizient in cm ' und d die Dicke des Filmes in μπι ist. der Fotostrom im Film durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
"2
= Konstante .v(/iv - En)
worin Ip der Fotostrom. Ii die Plancksche Konstante, ν die umgekehrt Proportionale zur Wellenlänge der einfallenden Strahlung, N0 die Einfallsfiußdichle der Strahlung, R der Reflexionskoeffizicnt. e die elektronische Ladung und E0 die optische Lücke sind. ;
Fig. 13a zeigt eine Darstellung dieser Parameter. Eine Extrapolierung des etwa geradlinigen Abschnittes führt zu einem Schnittpunkt mit der /iv-Achsc, wodurch man die optische Lücke £0 erhält.
Fig. 13b zeigt die Veränderung von E0 mil SiFJH2. Es ergibt sich eine allgemeine Zunahme der optischen Lücke E0 mit zunehmendem Wasserstoffeinbau und die £04-Veränderung stimmt gut mit der Veränderung des Verhältnisses von SiFJH, überein. Die stark fololcilcndeii Schichten entstehen, wenn das Verhältnis SiFJH2 etwa 10:1 betrügt.
Dies ist in Fig. 12a und 12b für zwei Arten von einfallender Strahlung dargestellt, worin ap als Funktion des Verhältnisses SiFJH, dargestellt ist. Wenn diese Schichten einer längeren AM-1-Strahlung* ausgesetzt wurden, konnte keine Änderung ihrer Eigenschaften festgestellt werden.
Bei der Glimmentladungs-Ablagerung der amorphen Siliziumschicht aus Siliziumtetrafluorid in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre werden erheblich verbesserte Ergebnisse gegenüber Siliziumschichlcn erzielt, die durch Glimmentladung von Silan hergestellt sind. Dies ist in Fig. 15 dargestellt, in welcher die Dichte von Zuständen N[E)cm'* vV ' als Funktion der Elektronenenergie E(el') zwischen dem Leitungsband £, und dem Valenzband (£,) für die beiden Schichten aufgetragen ist.
Die <l V-l-Siruhlung ist eine KcnngrölW- der I ii-hlMrnhlcn des Sonnenlichtes aiii Äquator bei einem Luftdruck \< >n 1 bar.
Ollen
Die ausgezogene Kurve zeigt die aus Silan (SiH4) bei einer Substrattemperatur von etwa 520 K niedergeschlagene Schicht und die gestrichelte Kurve zeigt die aus Siliziumtctrafluorid (SiFj) in einer Atmosphäre nieder-Verwendung des Wasserstoffs und Fluors als Modifizierungsmittel. Dies ist ein wesentlicher Faktor der Erfindung. Es ist daher möglich, den aus SiF4/Ha erzeugten Film leicht zu modifizieren oder zu dotieren, um das Fermi-Niveau wesentlich nach Wunsch zu verschieben. In der aus SiH4 erzeugten Schicht ist ferner ein Höcker bei dem Wert 1.2 eV im Energieband vorhanden, der die Verschiebung des Fermi-Niveaus wesentlich darüber hinaus in Richtung des Valenzbandes £r veihindert. in Durch Verwendung anderer Modifizierungselemente während der Glimmenlladungsabscheidung der Schicht aus SiF4/H 2 erhält man eine Kurve, die der gestrichelten Kurve entspricht, die zum Valenzband verläuft. Solche anderen Modifizierungselemente können beispielsweise nicht-tetraedrisch gebundenes Bor umfassen, so daß mit solchen zusätzlichen Änderungselementen das Fermi-Niveau ebenfalls wesentlich auf das Valenzband zu durch geeignete Dotierung verschoben werden kann. Diese weitere Reduzierung der lokalen Zustände im Bandabstand nahe dem Leitungsband und dem Valenzband macht den amorphen Halbleitcrfilm nach der Erfindung zu einem echten Äquivalent für kristalline Halbleiter.
In Fig. 14 werden Modifizierungs- oder Dotierungsmittel für das Halbleitermaterial nach der Erfindung gezeigt, nämlich Arsin (AsHj) für die /V-Leitfähigkeil und Diboran (B2H6) für die P-Leitfähigkeit. Gemäß Fig. 14a hat der undotiertc Halbleiter nach der Erfindung eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 10"7 (Ω-cm) ' und gemäß I ig. 14b zeigt seine elektrische Aklivierupgsencrgic etwa 0,6 el'. Wenn das Halbleitermaterial mit Arsin in kleinen Mengen (Teilen je Million) dotiert wird, nimmt die elektrische Leitfähigkeit stark zu, wodurch das Fermi-Niveau leicht zum Leitungsband mit einer minimalen Menge an Modifizierungsmittel oder Doticrungsmittel verschoben werden kann. Ferner wird, wie Fig. 14b zeigt, die elektrische Aktivierungsenergie Δ£ wesentlich durch die Verwendung kleiner Mengen solcher Dotierungsmittel oder Modifizierungsmittel reduziert.
Wenn jedoch Diboran als Dotierungsmittel verwendet wird, sind relativ große Mengen erforderlich. Dieses P-Dotierungsmiltel verringert die elektrische Dunkelleitfühigkeit und steigert die elektrische Aktivierungsenergie bis zu einem Punkt, wo das Verhältnis von Diboran zu SiF4/H, sich auf etwa 10 4 belauft. Gleichzeitig wird die elektrische Aktivierungsenergie erhöht. Ferner wird bei einer weiteren Abnahme des Verhältnisses die elektrische Leitfähigkeit gesteigert und die elektrische Aktivierungs-
relativ hohen Fotoleitfähigkeit der Schicht 51 des erfindungsgemäßen Materials. Somit kann ein Strom in einem Schaltkreis gesteuert werden entsprechend der Menge der aur die Einrichtung auftreflenden Strahlung. Um einen ohmischen Kontakt zwischen der Schicht 51. der /V-Leiifahigkeit hat, und der Metallschicht 53 und dem Substrat 50 zu schaffen, wird die Schicht 51 bei 51' N -dotiert, wobei die Flächen zwischen der Schicht 5' und den N' -dotierten Bereichen 5Γ mit 52' und 54' bezeichnet
*?-ϊΑΪΑ 10 ^ig-SzeigteineSolarzellemitSchottky-SperrscWchU energie ■ . . sie umfaBi ein rnelallisches substrat 50, auf dem bei 52
energie verringert, wie Fig. 14 zeigt. Eine beträchtlich stärkere Dotierung in Richtung zur /»-Leitfähigkeit ist «forderlich infolge der Dichte der Zustände nahe dem Valenzband. Die Menge oder Stärke der Dotierung in Richtung zur /»-Leitfähigkeit kann wesentlich verringert werden durch Verwendung eines weiteren Materials, durch das die Dichte der Zustände nahe dem Valenzband reduziert werden kann.
Die Verwendung von Si F4/H 2, das durch Glimmcntla-
leichte Verschiebung des Fermi-Niveaus mit kleinen Mengen an Dotierungsmitteln oder Modifizierungsmilteln wenigstens zum Leitungsband. Die Dolierungsmittel Arsin und Diboran werden über geeignete Leitungen 34 ι in die Einlaßkammer 12 eingeführt, wo sie zu SiF4 + H,-Gas vorgemischt werden, so daß sie während der Abscheidung in die amorphe Siliziumschicht eingebaut werden. , , ^1. j
Die amorphen Halbieiterschichien nacn uer π ι imiung kommen also kristallinen Halbleitern im wesentlichen gleich; sie haben eine relativ niedrige elektrische Dunkclleitfähigkeit, eine relativ hohe elektrische Hcllcitfähigkeit oder Fotoleitfähigkeit, und können !eicht für N-Leitfähigkeit und /»-Leitfähigkeit dotiert werden. Das Fermi-Niveau kann zum Leitungsband und zum Valenzband verschoben werden. Sie haben ferner eine höhere Trägerbeweglichkeit einschließlich einer höheren Löcherbeweglichkeit und einer höheren Elektronenbeweglichkeit. Sie eignt.i sich daher sehr gut fur eine wirtschaftliche Verwertbarkeit.
Beispiele von wirtschaftlichen Anwendungsmöglichkeiten sind schematisch in den Fig 1 bis K dargestellt. Fig.3 zeigt einen Teil einer Ibioempfindlichen Einrichtung, wie sie bei xerographischcn Trommeln verwendet werden, mit einer modifizierten amorphen Halblciterschicht 51 nach der Erfindung, die auf einem Mctallsubslrat 50 niedergeschlagen ist. Das Substrat 50 ist gut leitend und es hat einen ohmischen Kontakt 52 mit der amorphen Halbleiierschicht 51. Das amorphe Halbleitermaterial ist in diesem Beispiel /V-Icitend. Vorzugswci-; wird die Schicht 51 auf dem Substrat 50 in Form einer N' niedergeschlagen, wie bei 5Γ gezeigt, so daß ein N'-Übergang 52'entsteht, um einen niederohmigcn Kontakt zwischen der Schicht 51 und dem Substrat 50 zu schärfen. Bei Verwendung in solchen Geräten ist die Schicht 51 normalerweise aufgeladen. Sie behält ihre Ladung wegen ihrer relativ niedrigen elektrischen Dunkelleiirähigkeil bei. Wenn die Schicht bildweise einer Lichtstrahlung ausgesetzt wird, wird ihre elektrische Leitfähigkeit im Bcstrahiungsbereich gesteigert, um die Ladung dort freizugeben; dies wird möglich durch die relativ hohe elektrische Fololeitfähigkeit.
Fi g. 4 zeigt schematisch eine Folodelektoreinrichlung mit einer amorphen Halbleiterschicht 51 nach der Erfindung, die auf einem Metallsubstral 50 bei 52 niedergeschlagen ist. Eine lichlübcrtragendc Metallschicht 53 ist auf der Halbleiterschichl 51 aufgebracht, um für diese eine Elektrode zu bilden. Die Schicht 53 hai gute elektrische Leitfähigkeit ebenso wie das Substrat 50. Es sind Elektroden 55 vorgesehen, um eine elektrische Spannung an die Schicht 53 und das Substrat 50 anzulegen, die normalerweise wegen der relativ niedrigen Dunkcllcilfähigkeit der Schicht 51 unterbrochen ist. Fine AnIi-ReIIexionsschicht 56 kann auf der Schicht 53 und die Elektroden 55 aufgebracht werden.
Wenn eine Strahlung auf die Einrichtung nach F ig. :ii]ftrilTt. wird diese leitend und führt Strom wegen der eine Halbleiterschicht 51 nach der Erfindung niedergeschlagen ist. Um einen guten ohmischen Kontakt zwii sehen dieser und dem Metallsubstrat 50 zu schaffen, ist die Schicht 51 hoch /V-dotiert wie bei 51' gezeigt, wobei der Übergang von dieser zu der hochdotierten Schicht 51' bei 52' gezeigt ist. Eine metallische Schicht 58 ist bei 59 auf der Halbleiterschicht 51 abgeschieden und die Me-ί laüscbicht 58 ist transparent gegenüber Sonnenstrahlung. Sie besteht ferner aus einem metallischen Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hoher Austrittsarbcit. beispielsweise aus Platin. Palladium, Chrom. Irdidium oder Rhodium. Aurder Oberfläche derselben ist 5 eine Gitterelektrode 60 mit guter elektrischer Leitfähigkeit angeordnet. Die Funktion der Gitterelektrode 60 besieht darin, den Strom aus der Metallschicht 58 gleichmäßig aufzunehmen. Eine Anti-Reflexionsschicht, die transparent ist. ist über der Metallschicht 58 und der Mi Elektrode 60 aufgebracht.
An der Grenzfläche 59 wird eine Schottky-Sperrschicht gcbildci durch Kontakt der Metallschicht 58 mit der amorphen Schicht 51. Die Schottky-Sperrschicht erzeugt einen Raumladungsbcreich in der Halbleiteru schicht 51. der in diese von der Grenzfläche her eindringt. Der Raumladungsbcreich wird auch als Verarmungszonc bezeichnet und erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite der Halbleitcrschicb' 51. Träger, die irgendwo in der Schicht 51 als Folge der Absorption der 4,i Sonnenstrahlung erzeugt werden. vc;dcn durch das elektrische Feld in der Verarmungs/one weggefegt, so daß sie in das metallische Substrat 12 oder die Metallschicht 58 eintreten. Aur diese Weise wird ein Fotostrom erzeugt, der in eine Schaltung eingespeist werden kann, die an das 5 metallische Substrat 50 und an die Gitterelektrode angeschlossen ist.
Ein Fotoelement und insbesondere eine /»-/-jV-Solarzcllc ist schemaliseh in Fig.6 dargestellt. Sie hat eine Halbleiterschichl 66 nach der Erfindung, die auf einem w metallischen Substrat 65 niedergeschlagen ist. Die Schicht 66 umfaßt einen Abschnitt 67. der so dotiert ist. daß er /V-leitcnd ist. einen zentralen Abschnitt 68. der im wesentlichen eigcnleitend ist. obwohl er leicht /V-lcitcnd ist sowie einen dotierten /»-leitenden Bereich 69. Eine 55 transparente metallische Schicht 70 ist über der Halbleiterschicht 66 aufgebracht, wobei das Substrat 65 und die Schicht 70 als Elektroden zur Ableitung des Stromes wirken, der durch das Fotoelement erzeugt wird. Um einen ohmischen Kontakt zwischen dem Metallsubstrat Mi 65 und dem ^/-dotierten Bereich 67 zu schaffen, isl der Bereich 67 stark /V'-dotiert, wie bei 67' gezeigt. In gleicher Weise isl. um einen ohmischen Koniakt mil der Melallsehicht 70 zu schaffen, der P-doticrle Bereich des Halbleiters stark />"-dotiert, wie bei 69' gezeigt. μ In einer solchen /»-/-N-Solar/cllc ist als Folge des Ausgleichs der Fermi-Niveaus zwischen den Abschnitten 67 und 68 eine negative Raumladung im Abschnitt und eine positive Raumladung im Abschnitt 67 vornan-
19
Jen, und es bildet sich ferner ein eingebautes Potential wischen den Abschnitten 69 und 6B sowie 67 und 68. ferner bildet sich ein Verarmungsbereich in dem eigenleilenden Abschnitt 68. Vorzugsweise erstreckt sich der Verarmungsbereich durch den eigenleitenden Abschnitt < 68. weshalb Träger, die in dem Abschnitt 68 durch Absorption von solarer Strahlung erzeugt werden, durch das elektrische Feld des Verarmungsbereiches milgcnommen und als elektrischer Strom gesammelt werden.
Eine Solarzelle mit P-W-Übergang bzw. /»-.V-Spcrr- in schicht ist in Fig. 7 gezeigt. Dieses Fotoelement umfaßt ein metallisches Substrat 75 und ein amorphes Halbleitermaterial 76 nach der Erfindung. Die Halbleilerschichi 76 hat einen Abschnitt 77. der in Kontakt mit dem metallischen Substrat 75 steht und der stark ,V '-dotiert ist. um i.s einen ohmischen Kontakt bei 78 mit dem Abschnitt 77 herzustelle?.. der W-dotien ist. Die Schicht 76 hat lerner einen Bereich 80, der /"-dotiert ist, um einen P-N-Übcrgang 81 zwischen den Abschnitten 79 und 80 zu schallen. Die /»-dotierte Schicht 80 ist stark P' -doiieri. wie bei 80' :o gezeigt, um einen ohmischen Kontakt mit einer transparenten Metallschicht 83 zu schaffen, die in Kontakt mit der Halbleiterschicht 76 steht. Im Betrieb dieses Fotoelementes tritt solare Strahlung durch die transparente Metallschicht 83 ein und ein Teil dieser Strahlung wird in der :< Halbleiierschicht 76 absorbiert, der Defektelektronen-Paare bildet. Diese Stromträger diffundieren dann zum Ρ-Λ'-Übergang 81 und wenn sie die Raumladungszone des P-jV-Übergangcs erreichen, werden sie vor einer Rekombination aufgefangen und tragen zu dem Strom bei. in der durch die Vorrichtung erzeugt wird.
Fig.8 zeigt ein Fotoelement mit Hctero-Übergang. das eine amorphe Halbleiierschicht 88 nach der Erfindung besitzt. Diese hat yV-Leilfähigkeit und ist mit einem stark dotierten N*-Bereich 86 versehen, der in Kontakt \< mit einem Metallsubstrat 85 steht, um einen ohmischen Kontakt 87 für die amorphe Schicht 88 zu schaffen. Die Einrichtung hat ferner eine Halbleiterschicht 89. die die Schicht 88 bei 00 berührt. Die Schicht 8i> kann aus einem anderen Material als die Schicht 88 sein und hat eine hohe Bandlücke, so daß sie für auftrelTende solare Strahlung transparent ist. Die Unterschiede in der Bandlücke zwischen den Schichten 88 und 90 schaffen eine hohe Poientialsperre im Bereich des Überganges 90. der einen He tcro-Obergang (heterojunclion) bildet, um eine hohe -ts Lcerlaufspannung zu erzeugen. Die Unterschiede in der BandlUcke führen zu einer Bandbiegung an der Übergangszone 90. Das Halbleitermaterial der Schicht 89 ist stark dotiert, so daü sein ohmischcr Kontakt mit den Elektroden 91 gebildet wird. Weil die IHalbleileischicht m\ 89 stark dothrt ist. dringt dai elektrische leid, das durch die Potentialsperrc in der Ubcrgangszonc 90 cr/.eugt wird, nicht wesentlich in die Schicht IJ9 ein; es dringt jedoch wesentlich in die Schicht 88 ein. Demgemäß wird das meiste der Raumladungszone, d. h. der Verarmungsbereich, in der Halbleitcrschicht 88 erzeugt. Kino solare Strahlung, die innerhalb des Verarmungsbereichcs in der Halbleiierschicht 88 absorbiert wird, erzeugt Dcleklclektronen-Trägcr, die durch das elektrische Feld entweder zur Elektrode 91 oder zum Substrat 85 transportiert wer- μ den, wodurch der elektrische Strom der Hinrichtung erzeugt wird.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: IO 15
1. Amorpher Halbleiter auf Silizium- und/oder Germaniumbasis unter Verwendung von Wasserstoff als Modifizierungselement. gekennzeichnet durch die Kombination mit Fluor als die Zusiandsdichte verminderndes Modifizierungsclemcnt.
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