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DE2711365C2 - - Google Patents

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DE2711365C2
DE2711365C2 DE2711365A DE2711365A DE2711365C2 DE 2711365 C2 DE2711365 C2 DE 2711365C2 DE 2711365 A DE2711365 A DE 2711365A DE 2711365 A DE2711365 A DE 2711365A DE 2711365 C2 DE2711365 C2 DE 2711365C2
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DE
Germany
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glow discharge
amorphous silicon
silicon
silane
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DE2711365A
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DE2711365A1 (de
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David Emil Yardley Pa. Us Carlson
Christopher Roman Princeton N.J. Us Wronski
Alfred Robert Scotch Plains N.J. Us Triano Jun.
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RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
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Publication date
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Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit Schottky- Grenzschicht an einem Grundkörper aus Silizium, in der der Grundkörper einen Ohmschen Kontakt an einer ersten Grenzfläche und einen die Schottky-Grenzschicht in dem Silizium bildenden Metallfilm an einer zweiten Grenzfläche besitzt.
Fotospannungs-Anordnungen, wie Solarzellen und Fotodetektoren, können Licht, beispielsweise aus dem Bereich des Infraroten bis zum Ultravioletten, in brauchbare elektrische Energie umwandeln. Ein Problem auf dem Gebiet der Solarzellen besteht darin, daß wegen der Kosten für die aus Solarzellen gewonnene elektrische Energie dieses Verfahren häufig nicht mit anderen Erzeugungsarten wettbewerbsfähig ist. Einer der größten Ausgabenposten in der Solarzellenherstellung ist der Preis des in den Solarzellen verwendeten Halbleitermaterials. Natürlich ist der Preis einer Solarzelle um so höher, je mehr Halbleitermaterial benötigt wird. Eine Verringerung des benötigten Halbleitermaterials für Fotodetektoranordnungen würde ebenfalls deren Kosten senken. Wenn das gleiche Halbleitermaterial Strom-Gleichrichtereigenschaften in der Dunkelheit aufweist, so könnte es ebenfalls in anderen Halbleiteranordnungen, wie Dioden, Verwendung finden.
Eine Solarzelle und damit eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Gattung wird in der US-Zeitschrift "Journal of Applied Physics", Vol. 45, No. 9, Sept. 1974, Seiten 3913 bis 3915, beschrieben. Der aktive Bereich der bekannten Solarzelle besteht aus einkristallinem Silizium oder aus einem polykristallinen Siliziumfilm. An das Silizium grenzt auf einer Fläche ein elektrisch leitendes Substrat als Ohmscher Kontakt und auf einer gegenüberliegenden Fläche ein Metallfilm unter Bildung der Schottky-Grenzschicht. Der Metallfilm soll zumindest halbdurchlässig gegenüber Sonnenstrahlung sein. Es wird vorgeschlagen, den Wirkungsgrad von Solarzellen mit Schottky-Grenzschicht durch Verwendung geschichteter oder legierter Schottky-Sperrschichten auf p-leitendem Silizium zu verbessern. Zugleich sollen die Herstellungkosten vermindert werden, indem anstelle von einkristallinem Silizium ein polykristalliner Dünnfilm aus Silizium vorgesehen wird.
Aus der GB-Zeitschrift "Solid State Communications", Vol. 17, 1975, Seiten 1193 bis 1196, ist es bekannt, amorphes Silizium bei der Herstellung durch Zersetzung von Silan in einer Hochfrequenz-Glimmentladung dadurch substitutionell zu dotieren, daß dem Silan ein Dotierstoffgas, z. B. Phosphorwasserstoff oder Diboran, beigefügt wird. Durch die Wahl der Dotierung sollen die elektronischen Eigenschaften des aufwachsenden, amorphen Siliziums gesteuert werden. Die diskutierten Siliziumkörper sind durchweg homogen, Kontakte werden nicht beschrieben.
In der NL-Zeitschrift "Journal of Non-Crystalline Solids", Band 13 (1973/74) Seiten 55 bis 68, wird angegeben, wie die Fotoleitfähigkeit und Absorption von durch Zersetzung von Silan in einer Glimmentladung hergestellten, amorphen Siliziumstücken von der beim Abscheiden des Siliziums herrschenden Substrattemperatur abhängen kann. Die dargestellten Bauelemente enthalten ebenfalls homogene, amorphe Siliziumkörper.
In der US-Zeitschrift "Applied Physics Letters", Vol. 28, No 2, 15. Januar 1976, Seiten 105 bis 107 wird schließlich die Herstellung eines Dünnschicht-Bauelements mit amorphem Siliziumkörper und darin beim Aufwachsen des Siliziumfilms erzeugtem PN-Übergang beschrieben. Der PN-Übergang wird dadurch hergestellt, daß dem der Glimmentladung ausgesetzten Silan zunächst ein Donatorgas und dann ein Akzeptorgas zugefügt wird. Als Ergebnis wird gefunden, daß die gleichrichtende und fotovoltaische Empfindlichkeit des PN-Übergangs qualitativ ähnlich den entsprechenden Werten bei einem kristallinen PN-Übergang ist. Bemerkenswert ist der Hinweis, daß die Eigenschaften, die im Zusammenhang mit dem PN-Übergang im amorphen Silizium beobachtet werden, nicht durch einen oder beide von zwei möglichen Schottky- Grenzschichten an den aus Metall bestehenden Kontakten des Siliziumkörpers verursacht sein können.
Wegen des relativ geringen Aufwands zum Herstellen amorphen Siliziums, könnte man versuchen, das in dünner Schicht durch Glimmentladung in Silan herzustellende Material als Grundkörper einer Halbleiteranordnung eingangs genannter Art, also beispielsweise einer Solarzelle, eines Fotodetektors oder eines Gleichrichters, einzusetzen. In einer gattungsgemäßen Halbleiteranordnung würde das bedeuten, die amorphe Siliziumschicht auf einer Seite mit einem flächigen Ohmschen Kontakt und auf der anderen Seite mit einem flächigen Sperrschichtkontakt auszustatten und den Siliziumkörper so auszubilden, daß in ihn die zum Betrieb des Bauelements, z. B. einer Solarzelle, erforderliche Raumladungszone entstehen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung eingangs genannter Art unter Verwendung amorphen Siliziums für den Silizium-Grundkörper zu schaffen, die alle Vorteile früherer Bauelemente mit einkristallinem oder polykristallinem Silizium aufweist, aber mit weniger Herstellungsaufwand und Material zu produzieren ist, und deren Grundkörper insbesondere zugleich das Anbringen eines flächigen Ohmschen Kontaktes und eines flächigen Sperrschichtkontaktes ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei der Halbleiteranordnung mit einem einen Ohmschen Kontakt einer ersten Grenzfläche und einen Sperrschichtkontakt an einer zweiten Grenzfläche aufweisenden Silizium-Grundkörper darin, daß der Grundkörper aus einer an die erste Grenzfläche angrenzen­ den, ersten Schicht aus durch Glimmentladung in einer Mi­ schung von Silan sowie einem Dotierstoffgas erzeugtem, do­ tiertem, amorphem Silizium und aus einer durch Glimment­ ladung in Silan auf eine der ersten Grenzfläche gegenüber­ liegende Oberfläche der ersten Schicht niedergeschlagenen zweiten Schicht angrenzend an die zweite Grenzfläche besteht.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß der amorphe Silizium- Grundkörper an der dem Ohmschen Flächenkontakt zugewandten Oberfläche relativ hoch zu dotieren und an der dem Sperrschichtkontakt zugeordneten Fläche relativ schwach oder gar nicht zu dotieren ist. An der höher dotierten Seite kann sich daher ein sperrschichtfreier Kontakt ausbilden während an der schwächer dotierten Seite ein Sperrschichtkontakt mit ausgeprägter Raumladungszone innerhalb des Silizium-Grundkörpers herzustellen ist. Der Gradient der Dotierstoffe innerhalb des aus amorphem Silizium bestehenden Grundkörpers kann beim Abscheiden des Siliziums durch Glimmentladung aus Silan und gegebenenfalls einem Dotierstoffgas vorzugsweise so gesteuert werden, daß das im Silizium von der Schottky-Sperrschicht ausgehende elektrische Feld bzw. die entsprechende Raumladung ausreichend weit für den Betrieb des Bauelements, z. B. als Solarzelle, hineinreicht.
Anhand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Halbleiteranordnung mit Schottky- Grenzschicht;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Absorptionskoeffizienten von Einkristallsilizium im Vergleich zu amorphem Silizium, das durch Glimmentladung erzeugt wurde, und zwar im sichtbaren Lichtbereich;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung zum Herstellen von amorphem Silizium durch eine Glimmentladung in Silan;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Vorrichtung für die Herstellung von amorphem Silizium durch Glimmentladung in Silan;
Fig. 5 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Halbleiteranordnung mit Schottky-Grenzschicht nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Halbleiteranordnung nach der vorliegenden Erfindung mit 10 bezeichnet. Die Halbleiteranordnung 10 weist ein Substrat 12 aus einem Material mit guten elektrischen Leiteigenschaften auf. Typische Materialien mit diesen Eigenschaften sind Aluminium, Chrom, rostfreier Stahl, Niob, Tantal, Eisen und Indium-Zinn-Oxid auf Glas.
Auf einer Oberfläche des Substrats 12 ist ein Grundkörper 13 aus amorphem Silizium aufgebracht, das durch Glimmentladung in Silan SiH₄ hergestellt wurde. Das Abscheideverfahren, das Fachleuten bekannt ist, beinhaltet die elektrische Entladung durch Gas bei relativ niedrigem Druck, beispielsweise um 5 Torr oder weniger, in einer teilweise evakuierten Kammer. Eine Glimmentladung ist durch mehrere Bereiche von diffusem, leuchtendem Glühen charakterisiert, beispielsweise der positiven Glühsäule nahe der Anode und dem negativen Glühbereich zwischen Anode und dem negativen Glühbereich zwischen Anode und Kathode, und einem Spannungsabfall in der Nachbarschaft der Kathode, der ein viel höheres Potential aufweist als das Ionisierungspotential des Gases, beispielsweise der Crookes- Dunkelraumbereich.
Amorphes Material ist Material, das keine Ordnung über größere Bereiche bezüglich der Periodizität der Matrix aufweist. Amorphes Silizium, das durch Glimmentladung in Silan, SiH₄, hergestellt wurde, besitzt eine Ordnung in einem kleinen Bereich von nicht mehr als 20 Å. Das Fehlen einer Ordnung über größere Bereiche bei amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium kann durch Röntgenstrahl- oder Elektronen-Beugung festgestellt werden.
Der Körper 13 besitzt eine erste Schicht 14 aus amorphem Silizium, das durch Glimmentladung in einer Mischung von Silan und Dotiergas hergestellt wurde. Die erste Schicht 14 weist einen Ohmschen Kontakt mit dem Substrat 12 auf, wobei zwischen beiden eine erste Grenzfläche 15 liegt. Eine zweite Schicht 16 aus amorphem Silizium innerhalb des Körpers 13 ist auf der ersten Schicht 14 auf der dem Substrat 12 abgewandten Seite aufgebracht. Die zweite Schicht 16 wurde durch Glimmentladung in Silan, SiH₄, hergestellt, und zwar typischerweise durch eine Glimmentladung in im wesentlichen reinem Silan. Da die Glimmentladung in im wesentlichen reinem Silan stattfindet, würde man annehmen, daß die zweite Schicht 16 undotiert ist, es wurde jedoch festgestellt, daß diese zweite Schicht 16, obwohl in reinem Silan hergestellt, leicht n-dotiert ist, beispielsweise bei Abscheiden auf einer Oberfläche, die auf eine Temperatur von mehr als 100° C erhitzt wurde. Die erste und die zweite Schicht 14 bzw. 16 sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp. Vorzugsweise nimmt die Dotierungskonzentration der ersten Schicht 14 derart ab, daß sie an der Grenzfläche 15 ein Maximum aufweist und bis zu unbedeutender Konzentration an der Grenzfläche der ersten Schicht 14 mit der zweiten Schicht 16 abnimmt. Obwohl die erste Schicht vorzugsweise eine gestufte bzw. abnehmende Dotierungskonzentration aufweist, werden mit der vorliegenden Erfindung aus Gründen, die nachfolgend erklärt werden, auch Dotierungskonzentrationen umfaßt, die durch die gesamte Schicht 14 gleichförmig sind.
Das amorphe Silizium der ersten und zweiten Schicht 14 bzw. 16 wird durch eine Glimmentladung in Silan zuzüglich einem geeigneten Dotierungsgas für die Schicht 14 gebildet, und kann von anderem amorphem Silizium dadurch unterschieden werden, daß es die kinetischen Eigenschaften einer durchschnittlichen Zustandsdichte in der Größenordnung von 10¹⁷/CM³ oder darunter besitzt. Die durchschnittliche Zustandsdichte ist zu bestimmen durch Aufzeichnen des Verhältnisses von 1 zur quadrierten Kapazität (1/C²) als Funktion der an der Silizium-Halbleiteranordnung herrschenden Spannung. Aus der Form dieser Aufzeichnung können Fachleute die durchschnittliche Zustandsdichte bestimmen. Bei der Herstellung von amorphem Silizium durch Glimmentladung in Silan beträgt die Drift-Beweglichkeit für Elektronen 10-3 cm²/V-sec oder mehr. Die Driftbeweglichkeit der Elektronen wird durch bekannte Maßnahmen gemessen, wobei man Lichtimpulse oder Elektronenstrahlimpulse auf die vorgespannte Halbleiteranordnung auftreffen läßt, und der durch die Impulse erzeugte nachfolgende Elektronenfluß wird durch ein Probensystem verfolgt. Aus Messungen der Fotoleitfähigkeit ist weiterhin abgeschätzt worden, daß die Größenordnung der Lebensdauer der Elektronen von durch die Glimmentladung in Silan erzeugtem amorphem Silizium in der Größenordnung von 10-5 sec liegt. Gleichwohl kann vorausgesetzt werden, daß durch Glimmentladung in Silan erzeugtes amorphes Silizium mit einer Elektronen-Lebensdauer in der Größenordnung von 10-7 sec oder höher ebenfalls gute elektrische Eigenschaften aufweist.
Die erste Schicht 14 ist typischerweise zwischen 100 Å und etwa 0,5 Micrometer dick, die zweite Schicht 16 zwischen etwa ½ und 1 Micrometer dick.
Auf der der ersten Schicht 14 abgewandten Oberfläche der zweiten Schicht 16 ist ein Metallfilm 18 an einer Grenzfläche 20 angebracht. Der Metallfilm 18 ist mindestens halbtransparent gegenüber Sonnenstrahlung, wenn die Anordnung als Solarzelle benutzt werden soll, und ist aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hohem Normalpotential, beispielsweise größer als 4,5 eV, d. h. ein edles Metall, unter der Annahme, daß die zweite Schicht 16 n-leitend ist. Metalle mit guter elektrischer Leitfähigkeit und hohem Normalpotential, d. h. ein edles Metall, sind beispielsweise Gold, Silber, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium oder Chrom. Der Metallfilm 18 kann aus einer einzelnen Metallschicht oder aus mehreren Schichten bestehen. Falls der Metallfilm 18 aus mehreren Schichten besteht, könnte eine erste Schicht aus Platin auf der zweiten Schicht 16 aufliegen, und eine zweite Schicht auf der ersten Platinschicht könnte Gold oder Silber sein, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Wie vorher festgestellt, ist im Falle einer Solarzelle der Metallfilm 18 mindestens halbtransparent gegenüber Sonnenstrahlung und sollte zu diesem Zweck, da es sich um ein Metall handelt, etwa 100 Å dick sein.
Üblicherweise ist die erste Schicht n-leitend, obwohl die erste Schicht einer erfindungsgemäßen Schottky-Anordnung selbstverständlich auch p-leitend sein kann. Falls die erste Schicht 14 p-leitend ist, wird die zweite Schicht 16 derart dotiert, daß sie leicht p-leitend ist, und der Metallfilm 18 besteht aus einem Metall mit niedrigem Normalpotential, d. h. einem unedlen Metall, mit weniger als etwa 4,3 eV, im allgemeinen Aluminium.
An einem Abschnitt der der Grenzfläche 20 gegenüberliegenden Oberfläche des Metallfilms 18 ist eine Elektrode 22 angeordnet. Typischerweise hat die Elektrode 22 die Form eines Gitters, obwohl sie auch andere bekannte Formen, beispielsweise eines Fingers oder eines Kammes aufweisen kann; die Elektrode besteht aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Elektrode 22 zwei Scharen von Gitterlinien auf, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Gitterlinien der anderen Anordnung schneiden. Die Elektrode 22 nimmt lediglich eine kleine Fläche der Oberfläche des Metallfilms 18 ein, beispielsweise etwa 5-10% der Oberfläche des Films 18, da die auf die Elektrode 22 auftreffende Sonnenstrahlung von der Anordnung 10 wegreflektiert werden soll. Die Aufgabe der Elektrode 22 besteht in der gleichmäßigen Aufnahme des vom Metallfilm 18 herrührenden Stromes. Die Elektrode 22 erleichtert es, den Serienwiderstand der Anordnung 20 niedrig zu halten, wenn er als Teil des Schaltkreises in Betrieb ist. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, daß lediglich eine einzige Gitterschar für eine gleichmäßige Stromaufnahme bei Anordnung mit kleinen Oberflächenbereichen notwendig ist, die in irgendeiner bekannten Form, wie als Finger, oder Kamm, gestaltet sein kann.
Eine Antireflexionsschicht 24 ist an der Elektrode 22 und der der Grenzfläche 20 gegenüberliegenden Oberfläche des von der Elektrode 22 nicht bedeckten Metallfilms 18 angebracht. Die Antireflexionsschicht 24 weist eine Einfallfläche 26 auf, auf welche die Sonnenstrahlung 28 auftreffen kann. Wie allgemein bekannt, erhält man eine Erhöhung der Sonnenstrahlung 28, die durch den Metallfilm 18 durchgeht und in die Anordnung 10 eindringt, indem man die Dicke der Antireflexionsschicht 24 in der Größenordnung von λ/n hält, wobei λ die Wellenlänge der auf die Einfallfläche 26 auftreffenden Strahlung, und n der Brechungsindex der Antireflexionsschicht 24 ist. Der Brechungsindex n der Antireflexionsschicht 24 sollte einen geeigneten Wert haben, damit der Betrag der auf den Metallfilm 18 auffallenden Sonnenstrahlung 28 erhöht wird. Falls beispielsweise der Metallfilm 18 aus Platin mit einer Dicke von 100 Å besteht, könnte eine geeignete Antireflexionsschicht 24 aus Zirkonoxid ZrO₂ von 500 Å Dicke mit n = 2,1 bestehen. Im Ergebnis verringert die Antireflexionsschicht 24 den Betrag des Lichtes, der von der Anordnung 10 reflektiert wird. Normalerweise wird die Antireflexionsschicht 24 aus einem dielektrischen Material wie Zinksulfid, Zirkonoxid oder Silikonnitrid bestehen, sie kann aber auch ein transparentes halbleitendes Material wie Zinnoxid, welches mit Antimon dotiert ist, oder Indiumoxid, dotiert mit Zinn, sein.
Es ist bekannt, daß man einen Randschicht-Übergang, allgemein als Schottky-Grenzschicht bzw. -Sperrschicht bekannt, als Ergebnis der Berührung von bestimmten Metallen mit bestimmten Halbleitermaterialien erhält. Bei der Schottky- Anordnung 10 nach der vorliegenden Erfindung wird der Übergang durch Berührung des Metallfilms 18 mit der zweiten Schicht 16 an der Grenzfläche 20 gebildet. Eine Schottky-Sperrschicht erzeugt eine Raumladung oder ein elektrisches Feld im Halbleitermaterial der Anordnung 10 von der Grenzfläche 20 her, welches in die zweite Schicht 16 eindringt; dieser Bereich wird als Verarmungs- oder Sperr-Bereich bezeichnet. Als Ergebnis der abnehmenden Dotierungskonzentration in der ersten Schicht 14 wird ebenfalls in dieser ein elektrisches Feld erzeugt. Infolge der Schottky-Sperrschicht an der Grenzfläche 20 und der abgestuften, abnehmenden Dotierungskonzentration der ersten Schicht 14 erstreckt sich ein elektrisches Feld im wesentlichen durch die erste und die zweite Schicht 14 bzw. 16. Es wird zumindest für Fotospannungs-Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß sich das elektrische Feld sowohl durch die erste als auch durch die zweite Schicht 14 bzw. 16 erstreckt. Bei einem elektrischen Feld, das sich durch die erste und die zweite Schicht 14 bzw. 16 erstreckt, werden Ladungsträger, die irgendwo innerhalb dieser Schichten erzeugt werden, als Ergebnis der Absorption der Sonnenstrahlung 28 durch das elektrische Feld entweder zum Substrat 12 oder zur Metallschicht 18 abgezogen. Das Substrat 12 ist eine der Elektroden der Anordnung 10. Falls sich das elektrische Feld nicht in einem Abschnitt der ersten oder der zweiten Schicht 14 bzw. 16 der Anordnung 10 hineinerstreckt, werden irgendwelche Ladungsträger, welche in diesem quasi-neutralen Abschnitt erzeugt werden, nicht mit Hilfe eines Feldes zu einer Elektrode abgezogen und sind auf Diffusion zum Verarmungsbereich angewiesen, damit sie aufgefangen werden können. Außerdem trägt irgendein quasi-neutraler Bereich bei der Stromentnahme aus der Anordnung zum Serien- oder Reihenwiderstand bei, was den Wirkungsgrad der Anordnung verringert.
Während die abnehmende Dotierungskonzentration innerhalb der ersten Schicht 14 vorteilhaft ist für eine Verbreiterung des elektrischen Feld-Bereiches der Anordnung 10, kann zusätzlich ein Ohmscher Kontakt zwischen erster Schicht 14 und Substrat 12 leichter gebildet werden, da die Dotierungskonzentration an der ersten Grenzfläche 15 ihr Maximum hat, und beispielsweise in der Größenordnung von 5 Atom-% liegt. Die Bildung eines Ohmschen Kontaktes an der Berührungsstelle 15 ist vorteilhaft, um einen niedrigen Serienwiderstand für die Halbleiteranordnung 10 zu erreichen. Selbst wenn durch die erste Schicht 14 hindurch eine gleichförmige Dotierungskonzentration herrscht, kann an der Berührungsstelle 15 ein Ohmscher Kontakt gebildet werden, so lange die gleichförmige Dotierungskonzentration in der Größenordnung von 5 Atom-% liegt.
Das amorphe Silizium der ersten Schicht 14, das durch Glimmentladung in Silan plus Dotierungsgas hergestellt wurde, und das amorphe Silizium der zweiten Schicht 16, das durch Glimmentladung in Silan hergestellt wurde, besitzt Eigenschaften, die für Fotospannungs-Anordnungen in idealer Weise geeignet sind. Die Elektronen-Lebensdauer in amorphem Silizium, das durch Glimmentladung in Silan hergestellt wurde, wird auf etwa 10-5 sec geschätzt, während die Elektronen-Lebensdauer bei amorphem Silizium, welches durch Zerstäubung oder Aufdampfen gewonnen wurde, in der Größenordnung von 10-11 sec liegt.
Messungen der spektralen Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung zeigen einen hohen Auffang-Wirkungsgrad im sichtbaren Bereich des Spektrums an, beispielsweise einen durchschnittlichen Auffang-Wirkungsgrad im Spektralbereich von 4000 Å bis 7000 Å in der Größenordnung von 50%.
Die Lichtabsorption im sichtbaren Bereich, d. h. von 4000 Å bis 7000 Å, liegt bei durch Glimmentladung erzeugtem amorphem Silizium höher als diejenige von monokristallinem Silizium. In Fig. 2 ist gezeigt, daß amorphes Silizium einen größeren Absorptionskoeffizienten über den sichtbaren Bereich hat als monokristallines Silizium. Dies bedeutet, daß ein Hauptteil aus durch Glimmentladung gewonnenem amorphem Silizium um den Faktor 10 dünner sein kann als monokristallines Silizium, um eine vergleichbare Lichtabsorption im sichtbaren Bereich zu erzielen.
Weiterhin liegt die durchschnittliche Zustandsdichte von durch Glimmentladung gewonnenem, amorphem Silizium in der Größenordnung von 10¹⁷/cm³ oder darunter. Die durchschnittliche Zustandsdichte von durch Glimmentladung erzeugtem amorphem Silizium nimmt mit steigender Abscheidetemperatur und wachsender Reinheit des Silans bei der Herstellung ab und ist viel niedriger als diejenige von amorphem Silizium, das auf andere Art erzeugt wurde, beispielsweise durch Zerstäubung oder Aufdampfung, dessen durchschnittliche Zustandsdichte bei 10¹⁹/cm³ oder darüber liegt. Es ist auffällig, daß die Zustandsdichte umgekehrt proportional zum Quadrat der Breite des Verarmungsbereichs ist. Da die Zustandsdichte bei durch Glimmentladung gewonnenem amorphem Silizium relativ niedrig ist, kann man eine Verarmungsbreite in der Größenordnung von 1 µm erhalten. Augenfällig für die durchschnittliche Zustandsdichte nahe der Mitte des Energiebandes ist die Tatsache, daß die Lebensdauer der Energieträger umgekehrt proportional ist zur durchschnittlichen Zustandsdichte. Diese Tatsache bestätigt wiederum, daß die Lebensdauer der Träger von durch Glimmentladung gewonnenem amorphem Silizium höher ist als diejenige von amorphem Silizium, das durch die vorher erwähnten anderen Verfahren hergestellt wurde.
In Fig. 3 ist eine für eine Glimmentladung geeignete Vorrichtung zur Herstellung der Halbleiter-Anordnung 10 nach der vorliegenden Erfindung im ganzen mit 30 bezeichnet. Die Glimmentladungs-Vorrichtung 30 enthält eine Kammer 32, welche durch eine Vakuumglocke 34, üblicherweise aus Glas, gebildet wird. In der Vakuumkammer 32 ist eine Elektrode 36 sowie eine Heizplatte 38 in einem Abstand davon und gegenüber der Elektrode 36 angeordnet. Die Elektrode 36 besteht aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie Platin, und hat die Form eines Schirms oder einer Spule. Die Heizplatte 38 besteht aus einem Keramik-Rahmen mit eingeschlossenen Heizspulen, die von einer Stromquelle 40 außerhalb der Vakuumkammer 32 gespeist werden.
Ein erster Auslaß 44 in der Vakuumkammer 32 ist mit einer Diffusionspumpe verbunden, ein zweiter Auslaß 46 ist mit einer mechanischen Pumpe verbunden, und ein dritter Auslaß 48 ist mit einer Gaszufuhr verbunden, die als Quelle für die verschiedenen, während des Glimmentladungs-Verfahrens benutzten Gase darstellt. Obwohl der zweite Auslaß 46 als mit einer Diffusionspumpe verbunden beschrieben ist, wird vorausgesetzt, daß eine Diffusionspumpe unter Umständen nicht notwendig ist, da die mit dem ersten Auslaß 44 verbundene, mechanische Pumpe die Anlage bis zu einem ausreichenden Druck evakuieren kann.
Bei der Herstellung der Halbleiteranordnung 10 wird das Substrat 12, beispielsweise rostfreier Stahl 304, auf der Heizplatte 38 angeordnet und mit einer Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden, während die Elektrode 36 mit der entgegengesetzten Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden wird. Daher existiert ein Spannungspotential zwischen Elektrode 36 und Substrat 12. Die Spannung der Spannungsquelle 42 kann entweder Gleichspannung sein oder sie kann im niedrigen Frequenzbereich von beispielsweise 60 Hertz, oder im Radiofrequenzbereich liegen, beispielsweise im Hochfrequenzbereich in der Größenordnung von MHz. Wenn die Spannungsquelle 42 Gleichstrom liefert, ist die Elektrode 36 üblicherweise mit der positiven Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden, und das Substrat 12 ist mit der negativen Buchse der Spannungsquelle 42 verbunden. Daher wirkt die Elektrode 36 als Anode und das Substrat 12 als Kathode, wenn die Spannungsquelle 42 eingeschaltet wird. Dieses wird als Kathoden-Gleichstrom- Betrieb bezeichnet. Jedoch können beim Gleichstrombetrieb das Substrat 12 und die Elektrode 36 auch umgekehrte Polarität haben, d. h. daß das Substrat 12 die Anode und die Elektrode 36 die Kathode ist, was als Gleichstrom-Anodenbetrieb bezeichnet wird. Es wurde festgestellt, daß die Abscheidegeschwindigkeit beim Kathodenbetrieb etwas höher als beim Anodenbetrieb liegt. Außerdem kann ein Hochfrequenz- Glimmentladungsbetrieb in Elektroden-losen Glimmentladungsvorrichtungen von bekannter Bauart durchgeführt werden, beispielsweise in kapazitiven Hochfrequenz-Glimmentladungs- Anlagen und induktiven Hochfrequenz-Glimmentladungs-Anlagen. Jedoch erreicht man eine gleichmäßigere Abscheidung über eine große Fläche, beispielsweise größer als 10 cm², bei einer Glimmentladung mit Gleichstrom oder niedrigem Wechselstrom als mit Elektroden-loser Hochfrequenz. Als nächstes wird die Vakuumkammer 32 üblicherweise auch auf einen Druck von etwa 10-3 bis 10-6 Torr evakuiert, und das Substrat 12 auf eine Temperatur im Bereich von 150° bis 450° C aufgeheizt, wobei man die Heizspulen der Heizplatten 38 mit Strom versorgt.
Dann wird eine Atmosphäre von etwa 98,5% Silan, SiH₄, und etwa 1,5% n-Dotiergas in die Vakuumkammer eingeführt, so daß ein Druck von 0,1 bis 5 Torr entsteht, und als Ergebnis erhöht sich die Substrat-Temperatur auf einen Wert im Bereich von 200° C bis 500° C. Übliche n-Typ-Dotiergase, welche in Glimmentladungs-Verfahren verwendet werden können, sind Phosphin, PH₃, und Arsin AsH₃. Es können ebenfalls Materialien wie Antimon Sb, Wismuth Bi, Natriumhydrid NaH und Caesiumnitrid CsN₃ verwendet werden, indem man sie in ein Verdampferschiffchen füllt und in der Atmosphäre der Vakuumkammer 32 erhitzt, bis der gewünschte Betrag von Dotiergas oder -Dampf in die Silan-Atmosphäre abgegeben wird.
Um die Glimmentladung zwischen Elektrode 36 und Substrat 12 einzuleiten, wird die Spannungsquelle 42 eingeschaltet, wodurch das Abscheiden der dotierten, amorphen Siliziumschicht 14 beginnt. Es sei der Gleichstrom-Kathodenbetrieb angenommen. Für die Abscheidung der ersten Schicht 14 sollte die Stromdichte in der Größenordnung von 0,1 bis 3,0 mA/cm² an der Oberfläche des Substrats 12 liegen. Die Abscheidegeschwindigkeit des amorphen Siliziums wächst mit dem Dampfdruck des Silans und der Stromdichte an. Bei einem Druck von 2 Torr und einer Stromdichte von 1 mA/cm² zum Kathodensubstrat 12 bei einer Temperatur von 350° C findet das Abscheiden von etwa 200 Å dotiertem amorphem Silizium in wenigen Sekunden statt. Um die Dotierungskonzentration der ersten Schicht 14 abzustufen bzw. abnehmen zu lassen, wird während der Glimmentladungs-Abscheidung zusätzliches Silan in die Vakuumkammer 32 eingeführt.
Wenn die Glimmentladung für den Gleichstrom-Kathodenbetrieb einmal eingeleitet ist, werden Elektronen von dem Substrat 12 ausgesandt und treffen mit Silanmolekülen SiH₄ zusammen, wobei beide Moleküle ionisiert und dissoziiert werden. Die positiven Siliziumionen und die positiven Siliziumhydrid-Ionen SiH⁺, werden zum Substrat 12 hingezogen, das die Kathode bildet, wobei Silizium, das einigen Wasserstoff enthält, auf dem Substrat 12 abgeschieden wird. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit von Wasserstoff in amorphem Silizium für seine elektrischen Eigenschaften von Vorteil ist.
Die Atmosphäre der Vakuumkammer 32 wird dann durch die mechanische Pumpe 46 abgepumpt.
Wenn die Vakuumkammer 32 einen Druck von etwa 10-6 Torr aufweist, wird im wesentlichen reines Silan in die Vakuumkammer 32 eingeführt, so daß ein Druck im Bereich von 0,1 bis 5 Torr entsteht. Die Glimmentladung wird erneut für 1 bis 5 Minuten bei einer Stromdichte von 0,3 mA/cm² bis 3,0 mA/cm² an der ersten Schicht 14 für die Ablagerung der zweiten Schicht 16 aus amorphem Silizium in Betrieb gesetzt. Es hat sich herausgestellt, daß die zweite Schicht 16 aus amorphem Silizium, die in im wesentlichen reinem Silan durch Glimmentladung hergestellt wird, leicht n-leitend ist, wenn sie auf der ersten Schicht 14 bei einer Temperatur über 100° C abgeschieden wird.
Die Temperatur des Substrats 12 beim Glimmentladungsverfahren kann infolge von Effekten der Auto-Dotierung, der Bildung eines Eutektikums und infolge von induzierter Kristallisation die Zusammensetzung und Struktur des darauf abgeschiedenen Materials beeinflussen, d. h. diese Abscheidung auf einem Einkristall-Silizium-Substrat bei Temperaturen oberhalb etwa 500° C hat eine Abscheidung von polykristallinem Silizium zur Folge, und eine Abscheidung auf einem Goldsubstrat bei Temperaturen über 186° C resultiert in einer induzierten Kristallisation des abgeschiedenen Siliziums.
Nach der Abscheidung der ersten und zweiten Schicht 14 bzw. 16 kann der Grundkörper 13 einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bei der er für fünf Minuten bis zu einigen Stunden einer Temperatur im Bereich von 200° C bis 450° C ausgesetzt wird. Es sei erwähnt, daß die Wärmebehandlung nur bei den unteren Temperaturen mehrere Stunden beträgt.
Üblicherweise kann die Wärmebehandlung so durchgeführt werden, daß man den Grundkörper 13 nach Beendigung des Glimmvorganges in der Glimmentladungs-Vorrichtung 30 beläßt, oder das Plättchen in einen Ofen allgemein bekannter Bauart stellt. Die Wärmebehandlung kann entweder im Vakuum oder in einer Formgas-Atmosphäre stattfinden, d. h. 90 Vol.-% Stickstoff und 10 Vol.-% Sauerstoff oder in einer Atmosphäre aus reinem Stickstoff oder aus reinem Sauerstoff. Diese Verfahrensstufe merzt Gitterfehler im Grundkörper 13 aus amorphem Silizium aus und verbessert den Wirkungsgrad der Anordnung.
Als nächstes wird der Grundkörper 13 in eine bekannte Aufdampfungsanlage gegeben und der Metallfilm 18 auf die zweite Schicht 16 aufgedampft. In gleicher Weise werden die Elektrode 22 und die Antireflexionsschicht 24 auf den Metallfilm 18 durch bekannte Aufdampfungs- und Maskentechniken abgeschieden. Das ganze Verfahren kann in einer einzigen Anlage durchgeführt werden, die sowohl für Glimmentladung als auch für Verdampfung eingerichtet ist.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß der Auffang-Wirkungsgrad der Anordnung 10 steigt, wenn diese einen Metallfilm 18 aus einem Material aufweist, der zu der Gruppe Chrom, Iridium, Rhodium, Platin oder Palladium gehört, und während der Herstellung einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Üblicherweise kann die Wärmebehandlung dann erfolgen, nachdem die Antireflexionsschicht 24 abgeschieden wurde, oder sowohl vor der Abscheidung der Elektrode 22 als auch nach der Abscheidung der Antireflexionsschicht 24. Insbesondere kann man für die Wärmebehandlung die Halbleiteranordnung 10 in eine Wärmebehandlungskammer von bekannter Bauart einbringen und einer Temperatur zwischen 150° C und 250° C für etwa 5 bis 30 Minuten unterziehen. Die Wärmebehandlungskammer kann evakuiert sein oder unter Formgasatmosphäre stehen, beispielsweise 90 Vol.-% Stickstoff und 10 Vol.-% Wasserstoff oder unter einer Atmosphäre von reinem Stickstoff oder von reinem Wasserstoff. Es wurde festgestellt, daß diese Wärmebehandlung den Wirkungsgrad erhöht, wobei ein Anwachsen der Höhe der Schottky-Grenzschicht bzw. -Sperrschicht erzielt wurde, außerdem eine Verbesserung des Auffang-Wirkungsgrades und eine Verringerung des wirksamen Serienwiderstandes der Anordnung. Die Herstellung der Halbleiter-Anordnung 10 wird durch die Verbindung von Drahtelektroden (nicht gezeigt) mit dem Substrat 12 und der Elektrode 22 für einen Anschluß an externe Schaltkreise fertiggestellt.
Beim Betrieb der Halbleiteranordnung 10 kann das Substrat 12 nicht absorbierte Sonnenstrahlung zurück in die erste und zweite Schicht 14 bzw. 16 reflektieren, wobei die Möglichkeit für eine Strahl-Absorption verbessert wird.
In Fig. 4 ist eine zweite Glimmentladungsvorrichtung zum Herstellen der Halbleiter-Anordnung 10 gezeigt, die mit 130 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 130 ist ähnlich der Vorrichtung 30 aufgebaut, insbesondere sind die Vakuumkammer 132, die Vakuumglocke 134, die Elektrode 136, die Heizplatte 138, die Stromquelle 140, die Spannungsquelle 142, der erste Auslaß 144, der zweite Auslaß 146 und der dritte Auslaß 148 der Vorrichtung 130 die gleichen wie die Vakuumkammer 32, die Vakuumglocke 34, die Elektrode 36, die Heizplatte 38, die Stromquelle 40, die Spannungsquelle 42, der erste Auslaß 44, der zweite Auslaß 46 sowie der dritte Auslaß 48 bei der Vorrichtung 30. Anders als die Vorrichtung 30 weist die Vorrichtung 130 eine Elektrode 149 auf, welche die Form eines Schirms hat. Die Schirmelektrode 149 besteht aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus einem Metall, wie rostfreiem Stahl, und hat Öffnungen, welche kleiner sind als der Kathoden- Dunkelraum-Bereich der Glimmentladung. Die Schirmelektrode 149 ist zwischen Elektrode 136 und Heizplatte 138 in einem Abstand über dem Substrat 12 angeordnet, der in der Größenordnung des Kathoden-Dunkelraum-Bereichs der Glimmentladung liegt. Der Betrieb der Vorrichtung 130 unterscheidet sich insofern von demjenigen der Vorrichtung 30, daß das Substrat 12 nicht elektrisch mit der Spannungsquelle 142 verbunden ist, sondern statt dessen die Schirmelektrode 142. Daher ist die Schirmelektrode 149 mit einer Buchse der Spannungsquelle 142 und die Elektrode 136 mit der gegenüberliegenden Buchse verbunden. Nimmt man einen Gleichstrom-Kathodenbetrieb an, dann werden die positiven Ionen in der Glimmentladung zur Schirmelektrode 149 hingezogen, wenn man die Spannungsquelle 142 einschaltet. Die meisten positiven Ionen werden jedoch durch die Öffnungen der Schirmelektrode 149 hindurchgehen.
Die Vorrichtung 130 mit der Schirmelektrode 149 kann dann verwendet werden, wenn das Substrat 12 ein Isolator ist, auf dem kein elektrischer Kontakt möglich ist. Die Vorrichtung 130 kann jedoch auch bei der Herstellung von Anordnungen mit amorphem Silizium benützt werden, bei denen das Substrat 12 kein Isolator ist.
Die Vorrichtung 130 kann wie die Vorrichtung 30 im Gleichstrom- Kathoden- oder -Anoden-Betrieb betrieben werden.
In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Halbleiter- Anordnung mit Schottky-Grenzschicht bzw. -Sperrschicht nach der vorliegenden Erfindung dargestellt und mit 110 bezeichnet. Die Halbleiteranordnung 110 enthält ein elektrisch leitendes Substrat 112. An eine Oberfläche des Substrats 112 grenzt eine Zwischenschicht 111 an, und an diese ein Grundkörper 113. Der Körper 113 enthält eine erste Schicht 114 auf der Zwischenschicht 111 gegenüber dem Substrat 112, und eine zweite Schicht 116 auf der ersten Schicht 114 gegenüber dem Substrat 112. Ein halbtransparenter Metallfilm 118 ist auf der zweiten Schicht 116 gegenüber dem Substrat 112 aufgebracht und bildet zwischen beiden einen Randschicht-Übergang. An einem Abschnitt des Metallfilms 118 ist eine Elektrode 122 angebracht, während der verbleibende Teil des Metallfilms 118 mit einer Antireflexionsschicht 124 versehen ist. Das Substrat 112, die erste Schicht 114, die zweite Schicht 116, der Metallfilm 118, die Elektrode 122 und die Antireflexionsschicht 124 der Anordnung 110 sind die gleichen wie das Substrat 12, die erste Schicht 14, die zweite Schicht 16, der Metallfilm 18, die Elektrode 22 und die Antireflexionsschicht 24 der Halbleiteranordnung 10. Der einzige Unterschied zwischen Halbleiteranordnung 10 und Halbleiteranordnung 110 besteht darin, daß die Anordnung 110 eine Zwischenschicht 111 aufweist, die bei der Anordnung 10 nicht vorhanden ist.
Die Zwischenschicht 111 besteht aus einem Material, das einen Ohmschen Kontakt sowohl zum Substrat 112 als auch zur ersten Schicht 114 bewirkt. Üblicherweise besteht die Zwischenschicht 111 aus dotiertem amorphem Germanium oder aus einer Verbindung von dotiertem amorphem Germanium und Silizium. Bei jeder dieser Materialien ist die Schicht 111 gewöhnlich n-leitend, falls die zweite Schicht 16 leicht n-leitend ist. Es wurde festgestellt, daß amorphes Germanium ein gutes Material zum Bilden eines Ohmschen Kontaktes zwischen dotiertem amorphem Silizium und metallischem Substrat 112 darstellt. Insbesondere, wenn das Substrat 112 aus Aluminium besteht, ist die elektrische Leitfähigkeit zwischen erster und zweiter Schicht 114 bzw. 116 der Anordnung 110 sowie des Substrats 112 besser als die elektrische Leitfähigkeit zwischen erster und zweiter Schicht 14 und 16 der Anordnung 10 sowie des Substrats 12.
Der Betrieb der Anordnung 110 ist der gleiche wie der vorher beschriebene für die Halbleiteranordnung 10. Die Herstellung der Halbleiteranordnung 110 ist ähnlich derjenigen der Anordnung 10, ausgenommen, daß die Zwischenschicht 111 durch eine Glimmentladung auf dem Substrat 112 abgeschieden wird, bevor die erste Schicht 114 durch Glimmentladung hergestellt wird. Unter Verwendung eines Gerätes gemäß Fig. 3 vollzieht sich die Herstellung der Zwischenschicht 111 folgendermaßen: Das Substrat 112 wird auf die Heizplatte 138 gelegt, das Substrat auf eine Temperatur im Bereich von 150° C bis 450° C aufgeheizt und die Kammer 132 auf einen Druck von etwa 0,5 bis 1,0 · 10-6 Torr evakuiert. Als nächstes werden Gase, welche durch die gewünschte Zusammensetzung der Zwischenschicht 111 bestimmt sind, in die Kammer 132 eingeführt, bis zu einem Druck von 0,1 bis 5,0 Torr. Falls die Zwischenschicht aus dotiertem Germanium bestehen soll, enthält die Atmosphäre etwa 60% Germaniumwasserstoff GeH₄, 39,5% Silan SiH₄ und etwa 0,5% Dotiergas, beispielsweise Phosphin PH₃, das n-leitend ist. Die Glimmentladung wird dann eingeleitet und für etwa zwei Sekunden zum Ablagern einer Zwischenschicht 111 von etwa 200 Å Dicke fortgesetzt. Die Atmosphäre in der Vakuumkammer 32 wird dann durch die mechanische Pumpe 46 abgepumpt. Die übrige Herstellung der Halbleiteranordnung 110 ist die gleiche wie zuvor für die Halbleiteranordnung 10 beschrieben.
Obwohl die Halbleiteranordnungen 10 und 110 nach der vorliegenden Erfindung als Solarzellen beschrieben wurden, können Halbleiteranordnungen 10 bzw. 110 in gleicher Weise als Hochfrequenz-Fotodetektor, beispielsweise als Anordnung, welche auf Strahlungsenergie anspricht, verwendet werden. Es wurde festgestellt, daß diese Fotodetektoren, bei denen eine erste Schicht aus dotiertem amorphem Silizium an eine zweite Schicht aus amorphem Silizium angrenzt, die durch eine Glimmentladung in Silan hergestellt wurden, eine hohe Empfindlichkeit gegenüber hohen Frequenzen in der Größenordnung von 10 MHz und darüber aufweisen. Der Betrag der auf die Anordnung auftreffenden Strahlungsenergie bei Verwendung der Halbleiteranordnungen 10 und 110 als Fotodetektor ist nicht so kritisch, als wenn man sie als Solarzellen benützt. Für die Funktion der Anordnungen 10 und 110 als Fotodetektor sind daher ohne weiteres Abänderungen möglich, beispielsweise das Entfernen der Antireflexionsschicht und das Ersetzen der Gitterelektrode durch eine Kontaktkonsole.
Die Verwendung von durch Glimmentladung hergestelltem amorphem Silizium in Fotospannungs- und Fotodetektor- Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht dünnere Grundkörper als bei Anordnung mit der gleichen Grundstruktur, aber mit Einkristall-Silizium. Anordnungen, die unter Glimm-Entladung erzeugtes amorphes Silizium verwenden, sind für eine Sonnenstrahlungs-Absorption geeignet, die mit derjenigen von Fotospannungs- und Fotodetektor-Anordnungen, die unter Verwendung von Einkristall- Silizium hergestellt worden sind, vergleichbar sind, deren Grundkörper um den Faktor 10 dicker sind. Daher ist der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung als Fotospannungs- oder Fotodetektor- Anordnung die Kostenverringerung durch die Verwendung von dünneren aktiven Bereichen. Darüber hinaus läßt sich mit der vorliegenden Erfindung als Fotospannungs- Anordnung auch eine Kostenverringerung bei der Erzeugung von elektrischer Energie aus der Sonnenstrahlung erzielen, weil bei der Herstellung der Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung weniger Energie verbraucht wird, da die Herstellung bei niedrigeren Temperaturen als die Herstellung von Einkristall-Anordnungen erfolgt; außerdem können Solarzellen mit größeren Flächen hergestellt werden im Vergleich zu Solarzellen unter Verwendung von Einkristall- Anordnungen.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß Halbleiteranordnungen 10 und 110 zur Stromgleichrichtung in der Dunkelheit geeignet sind. Beispielsweise zeigt eine Schottky-Anordnung 10 mit einem Substrat 12 aus rostfreiem Stahl, mit einer gleichförmigen mit Phosphor dotierten ersten Schicht 14, mit einem Metallfilm 18 aus Palladium von 1000 Å bis 2000 Å Dicke zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes, und ohne die Gitterelektrode 22 und die Antireflexionsschicht 24 bei ±0,4 Volt ein Gleichrichtungsverhältnis von 10⁴. Obwohl die Anordnungen 10 und 110 als Solarzellen beschrieben sind, können sie auch als Stromgleichrichter arbeiten, wobei es selbstverständlich ist, daß ihre Wirksamkeit als Gleichrichter durch kleinere Abänderungen, beispielsweise Entfernen der Antireflexionsschichten, noch erhöht werden kann.
Die Halbleiter-Anordnung nach der vorliegenden Erfindung, deren erste Schicht aus dotiertem amorphem Silizium und deren zweite Schicht aus amorphem Silizium besteht, kann entweder als Sonnenzelle, als Fotodetektor oder als Gleichrichter arbeiten.

Claims (9)

1. Halbleiteranordnung mit Schottky-Grenzschicht an einem Grundkörper (13) aus Silizium, in der der Grundkörper, einen Ohmschen Kontakt (12) an einer ersten Grenzfläche (15) und einen die Schottky-Grenzschicht in dem Silizium bildenden Metallfilm (18) an einer zweiten Grenzfläche (20) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13)
  • a) aus einer an die erste Grenzfläche (15) angrenzenden ersten Schicht (14) aus durch Glimmentladung in einer Mischung von Silan sowie einem Dotierstoffgas erzeugtem, dotiertem, amorphem Silizium und
  • b) aus einer durch eine Glimmentladung in Silan auf eine der ersten Grenzfläche (15) gegenüberliegende Oberfläche der ersten Schicht (14) niedergeschlagenen zweiten Schicht (16) angrenzend an die zweite Grenzfläche (20)
besteht.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht n-Leitung besitzt.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kontakt der ersten Schicht (14) aus einem an diese Schicht mit Ohmschem Kontakt angrenzenden, elektrisch leitenden Substrat besteht.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffkonzentration innerhalb der ersten Schicht (14) ausgehend von einem Maximum an der einen Ohmschen Kontakt aufweisenden ersten Grenzfläche (15) in Richtung auf ihre Grenzfläche zur zweiten Schicht (16) abnimmt.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Dotierstoffkonzentration in der Größenordnung von 5 Atom-% liegt.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierstoffgas Phosphorwasserstoff, Arsenwasserstoff, Antimon, Wismut, Natriumhydrid oder Caesiumnitrid ist.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13) aus amorphem Silizium getempert ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Bilden einer aus dotiertem, amorphem Silizium bestehenden ersten Schicht (14) durch Glimmentladung in einer Mischung aus Silan und einem Dotierstoffgas;
  • b) Bilden einer aus amorphem Silizium bestehenden zweiten Schicht (16) auf der ersten Schicht (14) durch Glimmentladung in Silan; und
  • c) Tempern der ersten und zweiten Schicht (14, 16) bei einer Temperatur in der Größenordnung von 200 bis 405° C während einer Zeitdauer von wenigen Minuten bis mehreren Stunden.
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