DE3417551A1 - Verfahren zur ausbildung ohmscher kontakte aus reinem silber auf n- und p-type galliumarsenid-materialien - Google Patents

Verfahren zur ausbildung ohmscher kontakte aus reinem silber auf n- und p-type galliumarsenid-materialien

Info

Publication number
DE3417551A1
DE3417551A1 DE3417551A DE3417551A DE3417551A1 DE 3417551 A1 DE3417551 A1 DE 3417551A1 DE 3417551 A DE3417551 A DE 3417551A DE 3417551 A DE3417551 A DE 3417551A DE 3417551 A1 DE3417551 A1 DE 3417551A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gallium arsenide
contacts
type
ohmic
pure silver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE3417551A
Other languages
English (en)
Inventor
Stephen John North Chelmsford Mass. Hogan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
US Department of Energy
Original Assignee
US Department of Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by US Department of Energy filed Critical US Department of Energy
Publication of DE3417551A1 publication Critical patent/DE3417551A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28575—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes
    • H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/14—Schottky barrier contacts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

Verfahren zur Ausbildung ohmscher Kontakte aus reinem Silber auf N- und P-Type Galliumarsenid-Materialien
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Galliurnarsenid-Solarzellen und insbesondere auf die Ausbildung von ohmschen aus reinem Silber bestehenden Kontakten für sowohl N-Type Galliumarsenid-Halbleitermaterialien mit sehr niedrigen Dotierträgerkonzentrationen, wie auch auf P-Type Galliumarsenid-Materialien.
Stand der Technik. Für Galliumarsenid-Solarzellen, die hohe Stromdichten erzeugen, ist es wichtig, daß man gute ohmsche Kontakte für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb vorsieht. Der ohmsche Kontakt an einer Metall/-Halbleiter-Grenzschicht kann als ein solcher definiert werden, der lineare Strom/Spannungs-Kennlinien besitzt. Eine wichtige Eigenschaft des ohmschen Kontakts ist sein spezifischer Kontaktwiderstandswert, d.h. der elektrische Widerstand zwischen dem Kontakt und dem Halbleiter multipliziert mit der Kontaktfläche. Der spezifische Widerstandswert eines guten ohmschen Kontakts sollte kleiner sein als ungefähr 10 j^.cm*. Die Wichtigkeit guter ohmscher Kon-
EPO COPY
takte wird noch signifikanter, wenn man berücksichtigt, daß zum Sammeln des Stroms innerhalb von Halbleiter-Solarzellen elektrische Verbindungen hergestellt werden müssen an den Metall/Halbleiter-Grenzschichten, und daß zur Maximierung des Sperr- oder Stromflusses es wichtig ist, Kontakte zu verwenden, die den niedrigsten Widerstandswert besitzen.
Die Bildung ohmscher Kontakte für Galliumarsenid-Zellen, die annehmbar niedrige Widerstandsverte besitzen, hängen von vielen Faktoren ab. Bislang war ein wichtigster dieser Faktoren die Verwendung eines stark dotierten Halbleiters an der Grenzschicht unter dem Kontaktmaterial. Hinsichtlich dieses Faktors sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung die Ausbildung aus reinem Silber bestehender ohmscher Kontakte an den N-Type Galliumarsenid-Materialien ins Auge faßt, und zwar mit ziemlich niedrigen Dotierdichten, was im folgenden noch erläutert wird. Ferner müssen bei der Bildung von ohmschen Kontakten mit überlegener Qualität noch eine Reihe von weiteren Faktoren berücksichtigt werden, wie beispielsweise den folgenden: die Oberflächenaufbereitung,- die Metallabscheidungsbedingungen, die Reproduzierbarkeit, die Kosteneffektivität des Kontaktierverfahrens und zufriedenstellende elektrische Eigenschaften. .
Die Erfordernisse für die Auswahl spezieller Kontaktmetalle zur Herstellung von ohmschen Kontakten an Galliumarsenid-Solarzellen hängt von vielen der zuvor genannten Faktoren ab. Im allgemeinen sind die am verbreitetsten ausgewählten Kontaktmetalle auf Gold basierende Legierungen. Goldlegierungen werden häufig deshalb ausgewählt, weil sie typischerweise und vorteilhafterweise relativ gut arbeitende Kontakte mit einem annehmbaren Kontaktwiderstand liefern.
""5O COPY
Trotz dieses- signifikanten Vorteils bestehen jedoch einige Hauptprobleme bei Goldlegierungskontaktsysteinen, wobei diese Probleme im allgemeinen mit den Kosten zu tun haben. Beispielsweise übersteigen die Kosten praktisch für jeden Schritt bei der Herstellung von Galliumarsenid-Zellen derzeit beträchtlich die Kosten, die für die Herstellungsschritte bei Silicium-Solarzellen aufgewandt werden müssen, und zwar um einen sehr großen Faktor. Zur weiteren Veranschaulichung sei darauf hingewiesen, daß der Legierungsprozeßschritt der Goldkontaktsysteme normalerweise zu den hohen Herstellungskosten beiträgt, weil die Goldlegierungen oftmals komplizierte Mehrfachelementsysteme umfassen. Infolgedessen sind sie sehr teuer in der Herstellung.
In ähnlicher Weise trägt der Dotierverfahrensschritt der Goldkontaktsysteme häufig zu den beträchtlichen Herstellungskosten dieses Systems bei. Wie bereits erwähnt muß beispielsweise zum Erhalt der ohmschen Kontakteigenschaft für die Mehrzahl der Goldlegierungskontakte die Metall/Halbleiter-Grenzschicht notwendigerweise stark dotiert werden. Unglücklicherweise muß das Dotieren notwendigerweise sorgfältig durchgeführt werden, da eine starke Diffusion der Donor- oder Acceptor-Verunreinigungen eine Verschlechterung der darunterliegenden Grenzschicht zur Folge haben kann, was schließlich die Solar-Leistungsfähigkeit verschlechtert. Infolgedessen ist dieser Schritt oftmals kostspielig und auch zeitraubend.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die hohen Dotierträgerkonzentrationen an der Halbleiter-Grenzschicht auch einen beträchtlichen Einfluß hinsichtlich einer elektrischen Verschlechterung der Zellenleistungsfähigkeit haben können. Dies ist in erster Linie deshalb der Fall, weil die Lebensdauer und die Diffusionslängen der Minoritätsträger beträchtlich vermindert werden, wenn die Trägerkonzentra-
EPO COPY df
tionen erhöht werden/ Das Ergebnis ist natürlich eine Verminderung des Stromkollektions- oder Sammelwirkungsgrades. Zusätzlich zu den obigen Produktionsproblemen ist es auch
ziemlich teuer, Goldlegierungskontakte in großen Mengen
herzustellen.
Ein weiteres Hauptproblem bei einigen Goldlegierungskontaktsystemen ist die Alterung. Goldlegierungskontakte, die
direkt auf den N-Type Oberflächen hergestellt sind, zeigen beispielsweise oftmals Alterungseffekte, und zwar infolge
von in die N-Type Galliumarsenid-Materialien eingeführte
Schäden durch den Legierungsprozeß. Die Wirkung der Alterung besteht im allgemeinen darin, daß die Leistungsfähigkeit der Galliumarsenid-Zelle vermindert wird. Dies
verkürzt normalerweise auch die mittlere Zeit bis zum Ausfall der Betriebszelle. Darüber hinaus kombinieren sich
diese Bedingungen in nachteiliger Weise und beeinflussen
so die Zellenstabilität.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß reine Goldlegierungen im allgemeinen eine schlechte Benetzbarkeit (Nichtbenetzung) zeigen. Schlechte Benetzungseigenschaften haben zur Folge, daß die flüssigen Goldlegierungen beim Erwärmen in der Form von Tropfen an der Halbleiter-Grenzschicht stehenbleiben, statt sich auszubreiten, was einen hohen spezifischen Kontaktwiderstandswert ergibt.
Um die obenerwähnten Probleme in Griff zu bekommen, insbesondere das Problem der Nichtbenetzung, wird eine Nickelschicht über einigen Goldlegierungskontakten abgeschieden, wie beispielsweise Goldgermanium, um so den Kugelbildungseffekt zu unterdrücken. Unglücklicherweise hat Nickel trotz seiner Brauchbarkeit hinsichtlich der Verbesserung der Benetzung die Eigenschaft, schnell im Galliumarsenid-Material zu diffundieren, und daher zerstören übergroße Mengen die
EPO COPY
Leistungsfähigkeit des Goldlegierungskontakts.
Eine weitere Möglichkeit zur Überwindung der Probleme bei Goldlegierungskontakten besteht darin, daß man diese durch weniger teure Metallegierungen ersetzt. Zu diesem Zweck werden üblicherweise auf Silber basierende Legierungen verwendet, und zwar als eine Alternative zu den Goldlegierungen, und zwar ferner.im wesentlichen deshalb, weil sie ohmsche Kontakte mit guter Qualftät für sowohl N-Type, als auch P-Type Zellen erzeugen, und zwar mit ziemlich hohen Dotierträgerkonzentrationen. Unglücklicherweise ist bei praktisch allen Silberlegierungskontaktsystemen die Kompliziertheit des Metallxsxerungsprozesses und die bei der Herstellung auftretenden hohen Kosten ein ernsthaftes Problem. Zudem laufen einige Silberlegierungskontakte, wie beispielsweise Zinn-Silber, dann an, wenn sie gegenüber Luft freiliegen. Dieses Problem verstärkt sich dann, wenn der Kontakt verbunden wird durch thermische Kompression mit einer Wärmefalle.
Bei einer ähnlichen Lösung wurde eine Anzahl von reinen Metallen ebenfalls als alternative Kontaktsysteme für Galliumarsenid-Zellen ins Auge gefaßt. Einige der am verbreitetsten Reinmetallkontakte sind solche aus Molybdän, Chrom, Titan, Zinn, Indium, Gold und Silber. Diese Metalle sind deshalb attraktiv, weil sie normalerweise gut arbeitende ohmsche Kontakte vorsehen, und zwar für sowohl P-Type als auch N-Type Materialien. Unglücklicherweise machen die meisten aus reinem Metall bestehenden Kontaktsysteme beträchtliche Niveaus hinsichtlich der Dotierträger-Konzentrationen erforderlich, um die ohmschen Eigenschaften zu erreichen, und somit werden die obenerwähnten Probleme nicht gelöst, die sich darauf beziehen, den Stromsammeiwirkungsgrad zu vermindern und ebenso die nach-
EPO COPY
teiligen Wirkungen einer übermäßigen Diffusion von Donoren und Acceptoren während des Dotier-Verfahrens.
In diesem Zusammenhang sei wiederholt, daß die vorliegende Erfindung die Verwendung reinen Silbers ins Auge faßt, und zwar zur Bildung von ohmschen Kontakten an N-Type Galliumarsenid-Materialien bei einer substantiell niedrige Dichte aufweisenden Trägerkonzentrationen und auch bei P-Type Galliumarsenid-Materialien. Bislang galt, daß man zum Erreichen von eine überlegene Qualität besitzenden ohmschen Kontakten für N-Type Materialien eine stark dotierte Halbleiter-Grenzschicht absolut notwendig benötigt. Zu diesem Zweck weisen alle bekannten Lehren daraufhin, daß reines Silber entweder gleichrichtende Kontakte (nicht ohmisch) oder aber Kontakte bildet, die eine schlechte Leitfähigkeit auf Galliumarsenid-Materialien besitzen, wenn nicht die
1 8 Trägerkonzentration gleich oder größer ist als 1 χ 10
— ^ 1R —3
Träger/cm für P-Type Materialien und 6 χ 10 Träger/cm für N-Type Materialien. Somit war die vom Erfinder vorgeschlagene Möglichkeit, gute ohmsche Kontakte mit reinem Silber auf N-Type Galliumarsenid-Materialien zu erhalten, und zwar mit.einer Größenordnung niedriger als dies der Stand der Technik lehrt, ein völlig unerwartetes Ergebnis, was im folgenden noch erläutert wird.
t
i
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß einige aus reinem Metall bestehende Kontaktsysteme, wie beispielsweise Molybdän und Chrom, deshalb problematisch sind, weil sie außerordentlich schwierig abzuscheiden sind. Einige aus reinem Metall bestehende Kontaktsysteme, wie beispielsweise Titan und Platin sind im allgemeinen genauso teuer wie die GoIdlegierungskontaktsysteme. Einige aus reinem Indium bestehende Kontakte besitzen häufig sehr niedrige Stromabfälle an den Schwellen und sind infolgedessen mit der Zeit nicht stabil. Darüber hinaus erfolgt bei den letztgenannten Kcn-
copy H
takten ein Ausfall durch die Metallwanderung von der Anode häufig. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß einige aus reinem Zinn bestehende Kontakte auf N-Type Massenmaterialien oftmals ausfallen durch die Vorspannung der Metallwanderung von der Anode, und zwar in der gleichen Weise wie aus reinem Indium bestehende Kontakte ausfallen.
Einige Artikel mit Information hinsichtlich der Ausbildung ohmscher Kontakte für Galliumarsenid-Halbleitermaterialien seien im folgenden erwähnt: R.P. Gupta und J. Freyer, Metallization systems for ohmic contacts to ρ- and n-type GaAs, Int. J. Electronics, Band 47 No. 5, 4 59-46 7, Juli 1979,; K.L. Kohn und L. Wandinger, Variation of Contact Resistance of Metal-GaAs Contacts with Impurity Concentration and Its Device Implication, J. Electrochem. Soc, Solid State Science, 507-508, April 1969; H. Matino und M. Tokunaga, Contact Resistances of Several Metals and Alloys to GaAs, J. Electrochem. Soc, Electrochemical Technology, Band 116, No. 5, 709-711, Mai 1969; J. Palau, E. Testemale, A. Ismail und L. Lassabatere, Surface and contact properties of GaAs overlaid by silver, J. Vac. Sei. Technol., Band 21, (1), 6-13, Mai-Juni 1982; und B. Schwartz, Editor, Ohmic Contacts to Semiconductors, The Electrochemical Society, Inc., 1969.
Einige weitere: Artikel mit Information hinsichtlich des Anlaßverfahrens, welches zur Ausbildung ohmscher Kontakte für Galliumarsenid-Halbleiter verwendet werden, sind die folgenden: C. Lindstrom und P. Tihanyai, Ohmic Contacts to GaAs Lasers Using Ion-Beam Technology, IEEE Transaction on Electron Devices, Band. ED-30, No. 1, 39-44, Januar 1983; B.L. Sharma, Ohmic Contacts to III - IV Compound Semiconductors, Semiconductors and Semimetals, Band 15, 1-39; und J.G. Werthen und D.R. Seifres, Ohmic contacts to n-GaAs using low-temperature anneal, J. Appl. Phys. 52(2), 1127-1129, Februar 1981.
Zusammenfassung der Erfindung. Im Hinblick auf den obenerläuterten Hintergrund besteht das allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren vorzusehen, und zwar zur Ausbildung von aus reinem Silber bestehenden ohmschen Kontaktsystemen für Galliumarsenid-Vorrichtungen, wobei diese Vorrichtungen die obigen Nachteile bekannter Metallisierungssysteme nicht aufweisen. . .
Ein weiteres allgemeines Ziel besteht darin, ein verbessertes Verfahren vorzusehen, um aus reinem Silber bestehende einen niedrigen Widerstandswert aufweisende ohmsche Kontakte herzustellen, und zwar auf N-Type und P-Type Galliumarsenid-Halbleitermaterialien. ·'
Weiterhin bezweckt die Erfindung ein vereinfachtes Verfahren anzugeben für die Herstellung von aus reinem Silber bestehenden Kontakten auf P- und N-Type Galliumarsenid-Materialien, verwendbar bei der Herstellung von Solarzellen und mit annehmbaren elektrischen Zellenleistungseigenschaften, guten strukturellen Leistungseigenschaften, guter Reproduzierbarkeit und Stabilität.
Ein spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben für die Herstellung von aus reinem Silber bestehenden einen niedrigen Widerstandswert aufweisenden ohmschen Kontakten auf N-Type Galliumarsenid-Materialien, und zwar im wesentlichen bei niedrigen Dotierträger-Konzentrationen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Vakuumverdampf ungs-Abscheidungsverfahren zu verwenden, und zwar in Kombination mit einem Anlaßverfahren, um so ohmsche Kontakte mit reinem Silber für sowohl N-Type Galliumarsenid-Materialien bei beträchtlich niedrigen Dotierträger-Konzentrationen und bei P-Type Galliumarsenid-Materialien zu erhalten.
EPO COF/ Jp)
-y-
Si-
Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, aus reinem Silber bestehende, einen niedrigen Widerstandswert aufweisende ohmsche Kontakte für Galliumarsenid-Solarzellen vorzusehen, und zwar mit Dotierträger-Konzentrationen
■I Q _ -3
von weniger als 1 χ 10 cm für N-Type Galliumarsenid-
1 O _ η
Materialien und mit weniger als 6x10 cm für P-Type Galliumarsenid-Materialien.
Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, die eine Goldlegierung verwendenden ohmschen Kontaktsysteme für Galliumarsenid-Solarzellen durch beträchtlich billigere Metallkontaktsysteme zu ersetzen, die auf N-Type und P-Type Galliumarsenid-Materialien aufgebracht werden können, und zwar unter Verwendung vereinfachter Herstellungsverfahren.
Weiterhin bezweckt die Erfindung die eine Goldlegierung verwendenden ohmschen Kontaktsysteme für Galliumarsenid-Solarzellen durch ein kostengünstiges ohmsches Metallsystem zu ersetzen, welches zufriedenstellende elektrische und strukturelle Zellenleistungseigenschaften liefert, die im wesentlichen denjenigen gleichen, die man mit Goldlegierungskontaktsystemen erhält.
Die obengenannten Ziele und auch weitere Ziele sowie Vorteile erhält man aufgrund der Erfindung gemäß einem Verfahren zur Herstellung von Galliumarsenid-Halbleitervorrichtungen, die als Komponenten eine N-Type Galliumarsenid-Substratschicht und eine P-Type Galliumarsenid-diffundierte Schicht verwenden. Das Verfahren umfaßt die Ausbildung eines aus reinem Silber bestehenden ohmschen Kontakts auf sowohl der diffundierten Schicht wie auch auf der Substratschicht, wobei die N-Type Substratschicht eine im wesentlichen niedrige Dotierträger-Konzentration aufweist.
EPOCOPY $
-1fr-
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich "aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gallium-
arsenid-Halbleiter-Solarzelle gemäß der
Erfindung.
Im folgenden seien nunmehr bevorzugte-Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Galliumarsenid-Solarzelle 2 mit einem
aus reinem Silber bestehenden,einen niedrigen Widerstandswert aufweisenden ohmschen Kontaktsystem, welches im ganzen mit 4 bezeichnet ist. Gemäß der derzeitigen Ausbildung der Erfindung weist die Solarzelle 2 eine in einer flüssigen
Phase epitaxial aufgewachsene Galliumarsenid-Aluminiumfensterschicht 6 von annähernd 2 μπι Dicke auf, die stark
dotiert ist mit Magnesium, und zwar auf eine Trägerkonzen-
19 -3
tration von ungefähr 1x10 cm . Die Zelle 2 weist ferner eine ρ -diffundierte Schicht 8 von ungefähr 3 um bis 4 μπι
Tiefe auf, und zwar auf einem im Handel verfügbaren Galliumarsenid N-Type Substrat 10, welches ziemlich niedrige Trä-
17 —3
gerkonzentrationen von ungefähr 3 χ 10 cm besitzt, einen britflächigen hinteren ohmschen Kontakt aus reinem Silber
12 und einen vorderen fingerartigen ohmschen Kontakt aus
reinem Silber 14.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Substratschicht oder Lage 10 anfangs chemisch poliert, gereinigt und mit Fluorwasserstoffsäure geätzt. Sodann
wird die ρ -diffundierte Schicht 8 ausgebildet, und zwar
durch aus flüssiger Phase erfolgendem epitaxialem Wachstum der Fensterschicht 6 auf der Substratschicht 10. Zu diesem
EPO copy am
3A17551
Zweck wird die Zelle 2 in üblicher Weise auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 8100C bis ungefähr 8200C ungefähr 10 Minuten lang erhitzt, um die Diffusion des Magnesiums aus der flüssigen Phase in die N-Type Substratschicht 10 zu bewirken, und um dabei auch die Ausbildung der P-N-Grenzschicht (Sperrschicht) 15 zu bewirken. Obwohl die diffundierte Schicht 8 vorzugsweise unter Verwendung der Verfahren des Expitaxialwachstums aus der flüssigen Phase ausgebildet wird, so ist auch darauf hinzuweisen, daß auch andere geeignete Verfahren für die Herstellung der diffundierten Lage oder Schicht und der P-N-Grenzschicht- verwendet werden können, wie beispielsweise chemische Dampfabscheidungsverfahren.
Nach der Ausbildung der Fensterschicht 6 werden photolithographische Verfahren und die Photoresist (Photolack)-Technik verwendet, um ein vorderes Gitterkontaktmuster zu definieren. Danach wird eine Vielzahl von Kanälen 16 in die ρ diffundierte Schicht 8 für das Kontaktgittermuster mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure eingeätzt. Daraufhin wird reines Silber am Boden der Substratschicht 10 abgeschieden, und zwar in einer bekannten Weise der Art, daß die hinteren Kontakte 12 gebildet werden. Als nächstes wird das reine Silber in die Kanäle 16 unter Vakuum im Ber3ich von ungefähr 5 χ bis ungefähr 9 χ 10 Torr auf eine Tiefe von annähernd 1 um Dicke verdampft.
Sodann werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die zwei abgeschiedenen reinen Silberkontakte 12, 14 einer Anlassung unterworfen, um ohmsche Eigenschaften zu erreichen. Zu diesem Zweck werden die abgeschiedenen Kontakte 12, 14 mit Wärme behandelt, und zwar unter Verwendung eines Formgases, welches ungefähr 10% Wasserstoff und ungefähr 90% Stickstoff aufweist. Die Anlaßtemperaturen liegen im Bereich von ungefähr 4300C bis ungefähr 4600C, wobei die bevorzugte An-
COPY &
laßtemperatur_ ungefähr 4 500C beträgt. Der Anlaßzyklus hat eine Dauer von ungefähr 8 bis ungefähr 10 Minuten.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen.Verfahrens und dienen auch zu einem Vergleich der elektrischen Eigenschaften dieser Ausführungsbeispiele mit den elektrischen Eigenschaften von bekannten ohmschen Goldlegierungskontakten, die bei Galliumarsenid-Zellen Verwendung finden. Die Beispiele sollen nicht einschränkend verstanden werden.
Beispiel I
Drei ohmsche Kontaktsysteme für Galliumarsenid-Zellen werden durch das erste Beispiel präsentiert. Eines ist ein reines Silberkontaktsystem und die beiden verbleibenden sind Goldlegierungskontaktsysteme,nämlich Gold-Beryllium und Gold-Germanium-Gold. Die reinen Silberkontakte wurden unter Verwendung der Verdampfungsabscheidungsverfahren und des Anlaßverfahrens gemäß der Erfindung hergestellt. Die beiden Goldlegierungskontakte wurden in ähnlicher Weise hergestellt, aber mit Modifikationen, um die ohmsche Eigenschaft zu bewirken.
I
ι
Um diese Ziele zu erreichen, wurden Galliumarsenid-Wafer (Plättchen) für die Untersuchung der grundsätzlichen elektrischen Eigenschaften der drei ohmschen Kontaktsysteme verwendet. Die Dotierdichten für die Wafer wurden derart gewählt, daß sie mit den Oberflächenkonzentrationen zusammentreffen, die bei typischen photovoltaischen Galliumarsenid-Vorrichtungen erforderlich sind. Somit betrug die Dotierträger-Konzentration der N-Type Galliumarsenid-Waf er 3x10 cm (tellur-dotiert). Die Dotierträger-Kon-
EPO COPY «"J
1 zentration der P-Type Galliumarsenid-Wafer betrug 2 χ 10 cm (zink-dotiert).
Sämtliche Galliumarsenid-Wafers hatten den gierchen Reinigungszyklus, sie wurden entfettet und mit Fluorwasserstoffsäure geätzt, und zwar vor der Abscheidung des reinen Silbers und der. Goldlegierungen. Daraufhin wurde das reine Silber und die beiden Goldlegierungen sequentiell auf die verwendeten Wafers aufgedampft. Das Silber wurde unter Verwendung eines konventionellen Elektronenstrahlverdampfers abgeschieden, und zwar in einem Vakuum zwischen 5x10 Torr und 9 χ 10 Torr. Eine Schicht von annähernd 5 μΐη Dicke aus Gold-Beryllium-Legierung wurde auf jeden P-Type Wafer unter Verwendung von Widerstandsheizverfahren aufgedampft. Die Gold-Germanium-Gold-Legierungen wurden auf den N-Type Wafers durch aufeinanderfolgende Verdampfungen von 100 Ä, 1300 A und 2400 Ä Schichten abgeschieden. Es sei bemerkt, daß die Gold-Beryllium-Kontakte nicht auf den N-Type Wafern und die Gold-Germanium-Gold-Kontakte nicht auf den P-Type Wafern hergestellt wurden.
Daraufhin wurden die abgeschiedenen, aus reinem Silber bestehenden Kontakte und die abgeschiedenen aus Gold-Legierung bestehenden Kontakte einer Anlassung ausgesetzt, um die ohmschen Eigenschaften zu erreichen. Die ohmschen Eigenschaften der reinen Silberkontakte wurden bei einer Anlaßtemperatur von ungefähr 4500C mit einem Anlaßzyklus von ungefähr 10 Minuten Länge erhalten. Die ohmschen Eigenschaften der beiden Goldkontakte wurden bei einer AnIaßtemperatur von ungefähr 3500C und bei einem Anlaßzyklus von ungefähr 15 Minuten Länge erhalten.
Daraufhin wurde der Kontaktwiderstandswert der drei Kontaktsysteme gemessen, um so Vergleiche hinsichtlich der Kontaktwiderstandswerte der Silber- und Gold-Legierungs-Ohm-
Kontakte zu ermöglichen. Sämtliche Widerstandswertmessungen wurden unter Verwendung üblicher Gleichungen durchgeführt.
Die folgenden Werte für den Kontaktwiderstandswert erhielt man für den Fall der Herstellung der obenerwähnten reinen Silber- und Gold-Legierungs-Ohmschen Kontakte auf Galliumarsenid-Halbleitermaterialien.
Art des ohmschen P-Type GaAs N-Type GaAs
Kontaktsysterns . (Λ . cm2) {J\i cm2 )
Au(Be) 5 χ ΙΟ"4
Au/Ge/Au 3 χ 10-4
Ag 1 x ΙΟ"4- 4 χ 10-4
Beispiel II
Beispiel II sieht die durchschnittlichen Ergebnisse der Stromspannungskerinlinien von 16 ohmschen Kontaktsystemen auf. Galliumarsenid-Zellen vor, wobei 8 der 16 Systeme reine Silber-Kontakte sind und die verbleibenden 8 Gold-Germanium-Kontakte auf P -Galliumarsenid-Materialien und Gold-Germanium-Gold-Kontakte auf N-Type-Galliumarsenid-Materialien sind. Die Stromspannungskennlinien zeigen die Stromspannungsbeziehung für die gemessenen Galliumarsenid-Zellen und wurden für das Beispiel II unter Verwendung üblicher Gleichungen in bekannter Weise ermittelt.
ts» O Our j ('· W, Mt"
Die 16 ohmschen Kontaktsysteme wurden im wesentlichen in der gleichen Weise wie die drei Kontaktsysteme gemäß Fig.1 hergestellt. Ein Unterschied bestand darin, daß die verwendeten Galliumarsenid-Halbleiterstrukturen gespaltene Solarzellen waren. Ein weiterer Unterschied war der, daß jedes gespaltene N-Type Substrat mindestens 4 Zellen aufwies. Der letzte Unterschied war der, daß die P-Type Materialien magnesium-dotierte diffundierte Schichten aufwiesen.
Die folgenden elektrischen Eigenschaften wurden durch Herstellung der obenerwähnten aus reinem Silber und Gold-Legierung bestehenden-ohmschen Kontakten auf N-Type Galliumarsenid-Halbleitermaterialien erhalten.
Art des Strom- Wirkungsgrad Füll- Reihen-Kontakt- dichte n(%) faktor Widerstandssystems mA-Cm2 FF wert
Jl. cm2)
Ag 14 ,45 10 ,4 0 ,79 0 ,575
Au Legie
rungen 14 ,48 10 ,2 0 ,77 0 ,756
Aus der vorstehenden Erläuterung erkennt man, daß das reine Silber nach der Aufdampfung auf niedrig-dotierte N-Type Galliumarsenid-Halbleitermaterialien ohmsche Eigenschaften nach dem Anlassen erhält. Man erkennt ferner, daß die bei einem solchen aus reinem Silber bestehenden Kontaktsystem erhaltene ohmsche Eigenschaft üblicherweise gleich der ohmschen Eigenschaft ist, die man für auf Goldlegierung
. /ft'
basierende Kontaktsysteme erhält.
Der Fachmann erkennt, daß es sowohl unerwartet wie auch überraschend war, daß durch den vereinfachten erfindungsgemäßen Metallisierungsprozeß möglich sein würde, aus reinem Silber bestehende ohmsche Kontakte auf sowohl niedrig-dotierten N-Type wie auch P-Type Galliumarsenid-Materialien herzustellen, und zwar Kontakte, die in effektiver Weise ohmsche Goldlegierungskontaktsysteme ersetzen können, wobei im wesentlichen keine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Galliumarsenid-Vorrichtung eintritt. Es war ferner nicht zu erwarten und daher überraschend, daß das Vakuumabscheidungsverfahren in Verbindung mit dem Anlaßverfahren einen vereinfachten Metallisierungsprozeß bilden würde, der in vorteilhafter Weise ein kosteneffektiveres ohmsches Kontaktsystem für sowohl P-Type als auch N-Type-Materialien liefert.
Zudem zeigt die Möglichkeit der Herstellung ohmscher Kontakte für N-Type Galliumarsenid-Materialien mit ziemlich niedrigen Dotierdichten ein vielversprechendes Potential hinsichtlich der Vereinfachung des Dotierverarbeitungsschrittes, wie auch hinsichtlich der Minimierung der elektrischen Verschlechterung infolge nachteiliger Effekte von starken Dotierkonzentrationen auf die Lebensdauer der Minoritätsträger. Es ist in gleicher Weise ersichtlich, daß die Fähigkeit, ohmsche Kontakte auf P-Type Galliumarsenid-Materialien alleine auszubilden, nicht besonders vorteilhaft ist, und zwar infolge der Tatsache, daß die Größenordnung der Trägerkonzentrationen ziemlich normal ist. Die Fähigkeit reiner Silber-Kontakte auf sowohl N-Type als auch' P-Type-Materialien ausbilden zu können ist jedoch außerordentlich vorteilhaft, da Vorrichtungen der Solarzellen-Bauart normalerweise notwendigerweise beide Materialtypen verwenden.
EPO COPY C
Die vorstehende Beschreibung soll nicht einschränkend
verstanden werden. Die gewählten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in der Reihenfolge beschrieben, die die Grundprinzipien der Erfindung am besten erläutert.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Ein Verfahren zur Herstellung von Galliumarsenid-Halbleitervorriehtungen, die als Komponenten eine N-Type Galliumarsenid-Substratschicht und eine diffundierte P-Type Galliumarsenid-Schicht aufweisen. Das Verfahren umfaßt die Ausbildung eines aus reinem Silber bestehenden ohmschen Kontakts auf sowohl der diffundierten Schicht als auch der Substratschicht, wobei die N-Type Schicht eine beträchtlich niedrigere Dotierträger-Konzentration besitzt.
EPO COPY §9
- Leerseite -
EPO COPY

Claims (6)

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Galliumarsenid-Vorrichtungen, die als ihre Komponenten eine N-Type Galliumarsenid-Substratschicht und eine diffundierte P-Type Schicht aufweisen,- r.g-ekenn ze ichnet durch die Abscheidung eines ohmschen reinen Silberkontakts auf sowohl •der diffundierten Schicht als auch auf der Substratschicht, wobei, die N-Type Substratschicht eine beträchtlich niedrige Dotierträger-Konzentration aufweist.
2. Galliumarsenid-Halbleitervorrichtung, die als ihre Komponenten eine N-Type Galliumarsenid-Substratschicht und eine diffundierte P-Type Schicht aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die N-Type Substratschicht auf eine beträchtlich niedrige Dotierträger-Konzentration dotier.-t .ist, wobei die N-Type Schicht einen ersten aus reinem Silber bestehenden ohmschen Kontakt darauf aufweist, und wobei die P-Type Schicht einen zweiten aus reinem Silber bestehenden ohmschen Kontakt darauf aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aus reinem Silber bestehenden ohmschen Kontakte bei Trägerkonzentrationen in-
1 nerhalb der diffundierten Schicht von weniger als 1x10 cm gebildet werden.
EPO COPYV
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, und zwar insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die abgeschiedenen Silberkontakte angelassen werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, und zwar insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erwähnten Silberkontakte mit Wärme bei einer Temperatur von ungefähr 4 5O0C ungefähr 10 Minuten lang in einem Formgas behandelt werden.
6. Produkt hergestellt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
EPO COPY
DE3417551A 1983-05-13 1984-05-11 Verfahren zur ausbildung ohmscher kontakte aus reinem silber auf n- und p-type galliumarsenid-materialien Withdrawn DE3417551A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/494,485 US4564720A (en) 1983-05-13 1983-05-13 Pure silver ohmic contacts to N- and P- type gallium arsenide materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3417551A1 true DE3417551A1 (de) 1984-11-15

Family

ID=23964686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3417551A Withdrawn DE3417551A1 (de) 1983-05-13 1984-05-11 Verfahren zur ausbildung ohmscher kontakte aus reinem silber auf n- und p-type galliumarsenid-materialien

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4564720A (de)
JP (1) JPS6024074A (de)
DE (1) DE3417551A1 (de)
FR (1) FR2545986B1 (de)
IT (1) IT1174095B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5856243A (en) * 1995-08-23 1999-01-05 Hoechst Trevira Gmbh & Co Kg Textile composite, manufacture thereof, use thereof, and net comprising hybrid yarn

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4918508A (en) * 1986-03-28 1990-04-17 General Electric Company Vertical photoconductive detector
US5045408A (en) * 1986-09-19 1991-09-03 University Of California Thermodynamically stabilized conductor/compound semiconductor interfaces
US4694115A (en) * 1986-11-04 1987-09-15 Spectrolab, Inc. Solar cell having improved front surface metallization
US4698455A (en) * 1986-11-04 1987-10-06 Spectrolab, Inc. Solar cell with improved electrical contacts
JPH01187984A (ja) * 1988-01-22 1989-07-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
GB8817886D0 (en) * 1988-07-27 1988-09-01 British Telecomm Avalanche photodiode structure
US5262335A (en) * 1991-10-08 1993-11-16 Trw Inc. Method to produce complementary heterojunction bipolar transistors
US7368045B2 (en) * 2005-01-27 2008-05-06 International Business Machines Corporation Gate stack engineering by electrochemical processing utilizing through-gate-dielectric current flow

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3264707A (en) * 1963-12-30 1966-08-09 Rca Corp Method of fabricating semiconductor devices
US3544854A (en) * 1966-12-02 1970-12-01 Texas Instruments Inc Ohmic contacts for gallium arsenide semiconductors
US3669655A (en) * 1966-12-02 1972-06-13 Texas Instruments Inc Ohmic contacts for gallium arsenide semiconductors
US4301188A (en) * 1979-10-01 1981-11-17 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Process for producing contact to GaAs active region
JPS57206024A (en) * 1981-06-15 1982-12-17 Toshiba Corp Method of forming electrode onto compound semiconductor

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Transactions on Parts, Hybrids, and Packaging, 1972, Vol. PHP-8, Nr. 4, S. 49-50 *
J. Electrochem. Soc., 1969, Vol. 116, Nr. 5, S. 507-508 *
J. Electrochem. Soc., 1969, Vol. 116, Nr. 5, S. 709-711 *
J. Vac. Sci. Technol., 1982, Vol. 21, Nr. 1, S. 6-13 *
Japan J. Appl. Phys., 1976, Vol. 15, Nr. 7, S. 1411-1412 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5856243A (en) * 1995-08-23 1999-01-05 Hoechst Trevira Gmbh & Co Kg Textile composite, manufacture thereof, use thereof, and net comprising hybrid yarn

Also Published As

Publication number Publication date
IT8420898A0 (it) 1984-05-11
IT8420898A1 (it) 1985-11-11
JPS6024074A (ja) 1985-02-06
US4564720A (en) 1986-01-14
IT1174095B (it) 1987-07-01
FR2545986B1 (fr) 1986-01-17
FR2545986A1 (fr) 1984-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4135813C2 (de) Oberflächenemittierende Halbleiter-Laservorrichtung
DE69127314T2 (de) Diamant-Halbleiteranordnung
EP0000743B1 (de) Verfahren zum Herstellen von Tantal-Kontakten auf einem aus N-leitendem Silicium bestehenden Halbleitersubstrat
DE3650287T2 (de) Halbleiter-Photodetektor mit einem zweistufigen Verunreinigungsprofil.
DE69114760T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle.
DE69118941T2 (de) Zusammengesetztes Halbleitersubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2818261C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Galliumarsenid-Solarzellen
DE60033252T2 (de) Mehrschichtige halbleiter-struktur mit phosphid-passiviertem germanium-substrat
EP0009098B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Sperrschichtdiode und dadurch hergestellte Schottky-Sperrschichtdiode
DE69028964T2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE2920444C2 (de) Verfahren zur ohmschen Kontaktierung eines Halbleiterbauelements
DE19615179B4 (de) Verfahren zur Herstellung lichtemittierender Halbleiterbauelemente mit verbesserter Stabilität
DE2808508A1 (de) Halbleiterbauelement
DE4116530C2 (de) Laserdiodenarray und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1932590A1 (de) Monolithische Schaltung mit eingegliederten Schalttransistoren und stark nichtlineare Widerstandscharakteristiken aufweisenden Schottkydioden und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2735937C2 (de) Flüssigphasenepitaxie-Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Heterostrukturen
DE1805994A1 (de) Metall-Halbleiterdiode mit hoher Abbruchspannung und geringem Streuverlust,sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3015422C2 (de)
DE3417551A1 (de) Verfahren zur ausbildung ohmscher kontakte aus reinem silber auf n- und p-type galliumarsenid-materialien
DE69005132T2 (de) Halbleiterlaser.
DE3751892T2 (de) Halbleiteranordnung mit zwei Verbindungshalbleitern und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2756268A1 (de) Temperaturkompensierte bezugsspannungsdiode
DE69107630T2 (de) Halbleiterstruktur für optoelektronische Vorrichtung.
DE2405935C2 (de) Verfahren zur Diffusion von Dotierstoffatomen eines ersten Leitungstyps in eine erste Oberfläche eines Halbleiterkörpers mit einem zweiten Leitungstyp
DE2602705C3 (de) Photokathode vom Hl-V-Typ für das nahe Infrarot und Verfahren zu ihrer Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8139 Disposal/non-payment of the annual fee