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DE19621144A1 - Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium mit einer porösen Schicht und Verfahren für die Herstellung poröser Siliziumschichten - Google Patents

Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium mit einer porösen Schicht und Verfahren für die Herstellung poröser Siliziumschichten

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DE19621144A1
DE19621144A1 DE19621144A DE19621144A DE19621144A1 DE 19621144 A1 DE19621144 A1 DE 19621144A1 DE 19621144 A DE19621144 A DE 19621144A DE 19621144 A DE19621144 A DE 19621144A DE 19621144 A1 DE19621144 A1 DE 19621144A1
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DE
Germany
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silicon
semiconductor component
substrate material
component according
porous
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Withdrawn
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DE19621144A
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English (en)
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Thomas Dipl Phys Dr R Dittrich
Hans Prof Dr Flietner
Hans-Joachim Prof Dr Lewerenz
Joerg Dipl Chem Dr Rer Rappich
Stefan Dipl Phys Rauscher
Ina Sieber
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Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Original Assignee
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium für optoelektronische Schaltungen, mit einer porösen Schicht auf der angrenzenden Substratoberfläche. Bei einem derartigen Bauelement kann es sich um eine Solarzelle, um einen Photodetektor und um eine Lumineszenzdiode handeln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Herstellung poröser Siliziumschichten durch elektrochemische Oberflächenmodifikation von flachen Siliziumkörpern unter Anwendung eines Anodisierungsstromes und eines fluoridhaltigen Elektrolyten bei Zimmertemperatur.
In der wissenschaftlich-technischen Fachliteratur finden sich seit etwa 1990 vermehrt Berichte verschiedener Forschergruppen über Untersuchungen an porösem Silizium, insbesondere bezüglich dessen Lumineszenzeigenschaften. Als Ausgangsmaterial kann ein- oder polykristallines, p- oder n-leitendes Silizium verwendet werden. Zur elektrochemischen Oberflächenbehandlung eingesetzte Elektrolyten sind z. B. fluorhaltig und bestehen teilweise aus wäßrigen, teilweise auch aus hochkonzentrierten Lösungen sowie aus deren Gemischen mit Ethanol.
Mit einem Anodisierungsstrom in der Größenordnung von 10 mA/cm² betragen die Behandlungszeiten für die Ausbildung porösen Siliziums mit Schichtdicken im Bereich von etwa 100 nm bis 100 µm zwischen ca. 30 Sekunden und 30 Minuten (vgl. z. B.: "Appl. Phys. Lett." Vol. 66 # 13, (27. März 1995) Seiten 1662 bis 1664). Es werden aber auch 5 Minuten für die Entstehung einer Schichtdicke von etwa 4 µm genannt, wobei eine 50 Gewichts-%ige HF-Lösung eingesetzt und die Anodisierung in Dunkelheit oder unter Belichtung durchgeführt wurde (s.: "Appl. Phys. Lett." 63 (19), 8. Nov. 1993, Seiten 2655 bis 2657).
Es ist auch bekannt (vgl.: "Solar Energy Materials and Solar Cells", 26 (1992) Seiten 277 bis 283, insbesondere Seite 282 im Abschnitt 4, "Conclusions"), daß Photodetektoren und Solarzellen mit porösen Schichten mit höheren Photospannungen als in normalem Silizium zu entwickeln sein müßten.
Bezüglich der Bedeutung insbesondere der Begriffe "nanoporös" und "ultradünnn" ist leider bislang eine Verwendung, die nicht einheitlich ist, festzustellen. Während z. B. bei anderen porösen Materialien zunächst zwischen grob- und feinporig, d. h. Porendurchmessern größer bzw. kleiner als 20 µm, unterschieden wird, und sodann bei feinporigen Materialien Poren mit Durchmessern größer 50 nm als Makroporen, mit Durchmessern zwischen 2 nm und 50 nm als Mesoporen und mit Durchmessern kleiner als 2 nm als Mikroporen bezeichnet werden, sollen im Rahmen der vorliegenden Erläuterungen die Begriffe "nanoporös" für Porendurchinesser von 1 nm bis 10 nm, mesoporös" für solche von 10 nm bis etwa 200 nm und "makroporös" für solche von etwa 200 nm bis etwa 500 nm gelten. Um auch Mißverständnisse zu vermeiden, wird der Begriff "ultradünn" im Zusammenhang mit "Schichtdicke" dann verwendet, wenn diese in der 10 nm-Größenordnung liegt.
Zuvor erwähnte Vorveröffentlichungen können beispielhaft als Repräsentanten für den Stand der Technik angesehen werden, von dem die Erfindung ausgeht. Bei der Herstellung poröser Siliziumschichten wird üblicherweise hochkonzentrierte HF-haltige Lösung als Elektrolyt eingesetzt. Damit entsteht unter sonst gleichen oder zumindest vergleichbaren Reaktionsbedingungen auf n-leitendem Silizium bevorzugt makroporöses, auf p- leitendem Silizium nanoporöses Silizium. In jedem Fall ergeben sich mit hochkonzentrierten HF-Lösungen hohe Reaktionsgeschwindigkeiten, so daß Schichtdicken von einigen µm bis einigen 10 µm zwar in kurzer Zeit entstehen, jedoch auch damit gerechnet werden muß, daß unerwünscht hohe Abweichungen vom Sollwert auftreten, die sich nachträglich nicht mehr beheben lassen. Die Porosität einer auf einem homogen dotierten p-leitenden Siliziumsubstrat entstehenden porösen Si- Schicht läßt sich z. B. über die Stromdichte oder durch zusätzliche Beleuchtung während des Reaktionsprozesses variieren.
In anderer Hinsicht aufschlußreich zeigt sich beim Studium der Vorveröffentlichungen auf dem Gebiet des porösen Siliziums bzw. poröser Schichten oder Filme auf der Basis von Silizium, daß jeweils spezielle Fragestellungen behandelt werden und - über die zuvor erwähnten Gemeinsamkeiten hinaus - keine weitergehenden oder umfassenden Themenbereiche angesprochen werden.
Demgegenüber wird z. B. in der DE 195 10 852 A1 ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen flacher Siliziumkörper beschrieben, das sich mit der Glättung und Verbesserung der Grenzflächenzustandsdichte befaßt. Danach kann an flachen, n- oder p-leitenden Siliziumkörpern ein elektrolytisches Ätzen (anodisches Oxydieren und anschließendes elektrochemisches Ätzen) in einer fluoridhaltigen Elektrolytlösung durchgeführt werden.
Die Erfindung befaßt sich mit dem technischen Problem, in konkreten Bauelementen verkörperte technische Anwendungen für poröse Schichten auf der Basis von Silizium aufzuzeigen sowie derartiges poröses Silizium sowohl mit hoher Qualität physikalischer sowie elektrischer oder optischer und elektrooptischer Eigenschaften herzustellen, als auch hierzu Prozesse anwenden zu können, die kompatibel und/oder integrierbar mit solchen Präparationsmaßnahmen sind, die andersartigen Zwecken dienen.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem eingangs der Gattung nach angegebenen Bauelement darin, daß die poröse Schicht eine homogene Dicke im Bereich zwischen 20 nm und 100 nm und homogene Porosität mit Porengrößen von bis zu 10 nm im Durchmesser aufweist und bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften unabhängig vom Leitungstyp und der Dotierungskonzentration des Substratmaterials ausgebildet ist.
Für die elektrischen Eigenschaften ist bei einem derartigen Bauelement der Übergang an der Grenzfläche zwischen dem Substratmaterial und der angrenzenden porösen Schicht als auch die Barrierenhöhe von ausschlaggebender Bedeutung. In beiderlei Hinsicht bietet die Erfindung mit ihren Ausbildungsformen erhebliche technologische Vereinfachungen, insbesondere im Hinblick auf niedrige Prozeßtemperaturen bei der Herstellung.
Die bevorzugten Ausbildungsformen der Erfindung befassen sich mit den Halbleitermaterialien, deren Kristallinität und Leitungstyp sowie mit den Hauptarten von Bauelementen, die optische Signale in elektrische Signale, Lichtenergie in elektrische Energie - durch Generierung freier Ladungsträger infolge Lichtabsorption - sowie elektrische Signale bzw. Energie in optische Signale bzw. Licht - als spontane Emission infolge überschüssiger "freier" Ladungsträger - umwandeln. Die wesentlichen Merkmale dieser Ausbildungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Für ein Verfahren der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß das zugrundeliegende technische Problem dadurch gelöst, daß die porösen Siliziumschichten mit nanoporöser Struktur und in vorgebbarer Dicke zwischen 20 nm und 150 nm mittels des Elektrolyten als einer 0,1- bis 0,7-molaren wäßrigen Fluoridlösung mit einem auf 3,5 ± 0,5 eingestellten pH-Wert und des in Abhängigkeit von der Konzentration an Fluoridionen im Elektrolyten auf einen Wert zwischen 0,3 mA/cm² und 2,1 mA/cm² gehaltenen maximalen Anodisierungsstromes während einer Behandlungsdauer entstehen, für die ein Sollwert geflossener elektrischer Ladung je Flächeneinheit einstellbar ist.
Bezüglich der Kompatibilität mit Präparationsmaßnahmen für andersartige Zwecke sind bei der erfindungsgemäßen Lösung alle Voraussetzungen erfüllt, eine Herstellung porösen Siliziums unmittelbar an eine Glättung und Verbesserung der Grenzflächenzustandsdichte gemäß der weiter oben erwähnten DE 195 10 852 A1 anschließen zu lassen. Als Vorteil hierbei ergibt sich zudem, daß auch die physikalischen Eigenschaften des porösen Siliziums, insbesondere die Homogenität, bei besonders guter Qualität der Siliziumoberfläche, an der die Modifikation stattfindet, mit höherer Qualität zu erzielen sind als ohne eine derartig gut vorbereitete Oberfläche.
Die Dicke erfindungsgemaß hergestellter poröser Siliziumschichten entspricht im wesentlichen der Diffusionslänge elektrischer Ladungsträger. Da die Eindringtiefen von Licht bei porösem Silizium gegenüber kristallinem Silizium etwa 1/5 bis 1/3 betragen, wird z. B. violettes Licht absorbiert.
Die geringe Konzentration an Fluoridionen im Elektrolyten eröffnet eine vergrößerte Auswahl an Materialien für die Apparaturen und Behältnisse, die mit dieser Lösung in Berührung kommen. Beeinflußt werden von der Konzentration die Sättigungsschichtdicke und die Porosität des porösen Siliziums. Änderungen der Konzentration lassen sich durch entsprechende Änderungen des Anodisierungsstromes kompensieren. Dabei gilt, unabhängig vom Leitungstyp und der Kristallinität des Siliziums in ausreichend guter Näherung die Beziehung:
ΔIA[mAcm-2] = 3[mAcm-2M-1l]·ΔCF[Ml-1]
Der pH-Wert des Elektrolyten läßt einen großen Regelbereich zu. Abweichungen sind deshalb relativ unkritisch. Die Einstellbarkeit des pH-Wertes bereitet keine Schwierigkeiten (Zugabe von Laugen oder Säuren).
Von wesentlicher Bedeutung ist für die Erfindung, daß die Behandlungsdauer eine große Variationsbreite zuläßt. Die monotone Zunahme der Schichtdicke kann jeweils um eine Größenordnung nach oben oder nach unten von einem mittleren Wert von ca. 5 nm/min abweichend eingestellt werden. Die Einhaltung vorgegebener Sollwerte für je Flächeneinheit geflossener elektrischer Ladung ist auf einfache Weise überwachbar.
Aufgrund der Möglichkeit, den pH-Wert und die Konzentration des Elektrolyten während des Modifikationsprozesses konstant halten zu können, läßt sich über den Anodisierungsstrom, insbesondere und vorteilhaft gegen Ende der Behandlungsdauer, und damit die Reaktionsgeschwindigkeit zwecks Steuerung der monotonen Zunahme der Schichtdicke mit erhöhter Empfindlichkeit verringern. Hierdurch können auch abrupte Übergänge zu den Bedingungen nach Beendigung der Behandlung vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, Stickstoff während der Oberflächenmodifikation durch den Elektrolyten zu leiten. Abgesehen davon, daß die Stickstoffbläschen den Elektrolyten in Bewegung halten, wird auf diese Weise Sauerstoff ferngehalten, der sonst zu unerwünschten Reaktionen führen könnte.
Die Oberflächenmodifikation von n-leitenden Siliziumkörpern wird, wie an sich auch sonst üblich, unter Einwirkung einer Belichtung mit einer Leistung zwischen 1 mW/cm² und 10 mW/cm² durchgeführt. Es ist dabei jedoch nicht unbedingt eine homogene Ausleuchtung erforderlich.
Auch bei p-leitendem Silizium kann bei Ausführungsformen der Erfindung eine Belichtung mit einer Leistung von mehr als 5 mW/cm² vorgenommen werden. Dies führt - wie übrigens auch bei n-leitendem Silizium - zu einer Strukturveränderung in der porösen Siliziumschicht insofern, als die Poren dadurch vergrößert werden. Wirkt diese Belichtung diskontinuierlich ein, bilden sich heteroporöse Strukturen aus.
Wie schon weiter oben erwähnt, kommt der Schaffung günstiger Übergangsverhältnisse zum Ende des Behandlungsprozesses bei der Erfindung und ihren Ausführungsformen eine wichtige Bedeutung zu. Deshalb ist auch vorzusehen, im Anschluß an die Oberflächenmodifikation eine Endbehandlung durchzuführen, die nach Abschalten des Anodisierungsstromes und einer Wartezeit bis zu 1 Minute ein kräftiges Spülen mit destilliertem und Stickstoff durchströmtem Wasser umfaßt. Sofern die Oberflächenmodifikation unter Einwirkung einer Belichtung durchgeführt wurde, ist diese zu Beginn der Endbehandlung, also vor dem Abschalten des Anodisierungsstromes, auszuschalten.
Schließlich lassen bei der Erfindung und ihren vorstehend angegebenen Ausführungsformen als Elektrolyt eine NH₄F-, eine NaF-, eine CaF-Lösung oder dgl. einsetzen.
Weitere Einzelheiten werden nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 in zwei Diagrammen: (a) die Strom-Spannungs-Kennlinie und (b) die Spannungsabhängigkeit der EL-Intensität einer untersuchten LED-Struktur,
Fig. 2 eine Licht emittierende Diode,
Fig. 3 einen Photodetektor und
Fig. 4 eine Solarzelle, jeweils als prinzipiellen Aufbau des betreffenden Bauelements und seines elektrischen Anschlusses in einer optoelektronischen Schaltung sowie das Licht, das emittiert bzw. empfangen wird,
Fig. 5 in einem Diagramm den Verlauf der Ätzrate über dem pH-Wert einer Elektrolytlösung,
Fig. 6 in zwei Diagrammen die Abhängigkeit der Schichtdicke dpor-Si und ihrer Inhomogenität Δd von der geflossenen elektrischen Ladung und
Fig. 7 in einem Diagramm einen Vergleich der Schichtdicken und ihrer Inhomogenität bei drei verschiedenen Konzentrationen und zwei verschiedenen Anodisierungsströmen.
Aus der I-U-Kennlinie gemäß (a) in Fig. 1 ist zu erkennen, daß bei negativen Spannungen - Masse am Rückseitenkontakt einer LED-Struktur - Sperrung des Stromes erfolgt. Bei positiven Spannungen tritt ohmsches Verhalten auf. Eine Elektrolumineszenz setzte unterhalb von 2 V ein mit Lichtwellenlängen bei ca. 950 nm bis 1000 nm, also außerhalb des sichtbaren Bereichs, und war bei 1700 nm noch nicht abgeklungen, vgl. Kennlinie (b). Zwei ausgeprägte Linien im Lumineszenzspektrum haben ihre Maxima bei ca. 1200 nm und 1500 nm. Degradationserscheinungen waren im Verlauf von mehreren Stunden nicht feststellbar, so daß zumindest für Einsatzzwecke bei optischen Warnsignalgebern oder dgl. auf ausreichend lange Lebensdauer geschlossen werden kann.
Alle in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Bauelemente sind mit einem Rückseitenkontakt BC, z. B. aus Aluminium, auf der Unterseite des Substrats versehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats befindet sich die dort angrenzende ultradünne poröse Schicht UPSL. Ihre Dicke kann zwischen 20 nm und 100 nm betragen und ist - auch wenn zu besonderen Zwecken an ihrer Frontseite profiliert, vgl. Fig. 4 - homogen. Ebenfalls homogen ist die Porosität der ultradünnen porösen Schicht UPSL. Die Porendurchmesser liegen zwischen 1 nm und 10 nm.
Ein semitransparenter Frontkontakt FC, z. B. aus Gold, bedeckt die poröse Schicht UPSL entweder ganzflächig oder zumindest teilweise.
Die Herstellung der porösen Schicht kann in erfindungsgemäßer Weise durchgeführt werden. Metallschichten für den Rückseitenkontakt BC aus Al und für den Frontkontakt FC aus Au können aufgesputtert bzw. aufgedampft sein.
Für reines Si als Substratmaterial wie auch für SiC und SiGe liegen Erfahrungen für die Herstellung poröser Schichten bei verschiedenen Experten vor, die sich auch mit deren Weiterentwicklung befassen. Hierin eingeschlossen sind Aspekte bezüglich der Kristallinität, des Leitungstyps und der Dotierungskonzentration des Halbleitermaterials. Besondere Bedeutung kommt einer Passivierungsschicht innerhalb des porösen Halbleitermaterials zu. Hierzu hat sich gezeigt, daß die für die Oberflächenbeschaffenheit charakteristische Grenzflächenzustandsdichte Dit, normiert auf die innere Oberfläche, ca. 1 × 10¹¹ eV-1cm-2 beträgt.
Bei einer Leuchtdiode - Fig. 2 - liegt zwischen transparentem Frontkontakt FC und Rückseitenkontakt BC eine positive Spannung U. Es wird Licht h·ν z. B. im nahen Infrarot-Bereich abgestrahlt. Das Lumineszenzspektrum verschiebt sich in Richtung rot/orange, wenn die poröse Schicht UPSL vor Aufbringen des Frontkontaktes FC oxidiert wurde. Die Oxidation findet bei Zimmertemperatur in Sauerstoff- und Wasser- Moleküle enthaltender Atmosphäre statt, benötigt also keine RTO (rapid thermal oxidation).
Ein Photodetektor - Fig. 3 - und eine Solarzelle - Fig. 4 - empfangen das den transparenten Frontkontakt FC durchdringende, einstrahlende Licht h·ν. Die photogenerierten Nichtgleichgewichtsladungsträger werden im elektrischen Feld des Kontaktbereichs am Übergang zwischen ultradünner nanoporöser Schicht UPSL und p-Si-Substrat getrennt und erzeugen eine Photospannung Uph, die beim Photodetektor am Widerstand R abgegriffen werden kann. Bei einer Solarzelle kann die dem eingestrahlten Licht zugewandte Oberfläche profiliert ausgebildet sein, um Reflexionsverluste zu verringern und diffuses Licht besser auszunutzen.
Aus dem in Fig. 5 dargestellten Verlauf der Ätzrate KSiO2 über dem pH-Wert einer 0, 1 M NH₄F-Lösung ist deutlich zu erkennen, daß eine starke Änderung im Bereich zwischen pH = 4,0 und pH = 3,0 auftritt und ein großer Einstellbereich zur Verfügung steht. In diesem Bereich läßt sich also die Reaktion empfindlich beeinflussen. Die Ausbildung nanoporöser Strukturen ist unabhängig vom Dotierungstyp. Es können ultradünne poröse Siliziumschichten mit wohl definierter Mikrostruktur erzeugt werden.
Die Fig. 6 zeigt im Diagramm (a) an einem Beispiel für n-leitendes und im Diagramm (b) an einem Beispiel für p-leitendes Si-Substrat die Abhängigkeit der Dicke dpor-Si und ihrer Inhomogenität Δd als Standardabweichung von der geflossenen elektrischen Ladung Q. Zu beiden Beispielen wurde die Präparation in 0,2 M NH₄F-Lösung mit pH 3,2 und einem Anodisierungsstrom IA = 0,44 mA/cm² durchgeführt. Die Schichtdicke dpor-Si geht ab 0,4 As/cm² in Sättigung, die Inhomogenität Δd steigt monoton mit der geflossenen Ladung. Eine effiziente Schichtdickenzunahme erfolgt bis ca. 50 nm (a) bzw. knapp 100 nm (b), je nach Wert der Sättigungsschichtdicke. Daß die Schichtdickensättigung mit dem Anstieg der Inhomogenität einhergeht, zeugt von einer Auflösungsreaktion des porösen Si in wäßriger NH₄F-Lösung.
Der Einfluß der Belichtung ist aus der nachstehenden Tabelle zu erkennen:
Der Bereich der maximalen Schichtdickenregulierung kann hauptsächlich über die Konzentration des Elektrolyten und über den Anodisierungsstrom eingestellt werden.
Das Balkendiagramm - Fig. 7 - zeigt am Beispiel der Präparation von porösem Silizium auf p-Si in 0,2 M NH₄F-Lösung mit pH 3,2 und Q = 0,44 As/cm² einen Vergleich der Schichtdicken und ihrer Inhomogenität bei verschiedenen Fluoridkonzentrationen. Weiterhin ist in diesem Diagramm ein Vergleich bei 0,5 M zwischen den Auswirkungen der Anodisierungsströme von IA = 0,44 mA/cm² und 2,2 mA/cm² gegeben. Die Stromdichte beeinflußt die Porosität und damit auch die Struktur der porösen Siliziumschicht. Das bedeutet, daß sich auf n-Si, im Gegensatz zu p-Si, nicht beliebig dicke poröse Siliziumschichten herstellen lassen.
Wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind in "Appl. Phys. Lett." Bd. 67, H. 8, Aug. 1995, Seiten 1134 bis 1136 "Ultrathin luminescent nanoporous silicon on n-Si:tH dependent preparation in aqueous NH₄S solutions" Dittrich, Th.; Rauscher, St.; Timoshenko, V.; Rappich, J.; Sieber, I; Flietner, H.; Lewerenz, H.-J. veröffentlicht. Außerdem befaßte sich ein Beitrag der Erfinder anläßlich der "E-MRS"-Veranstaltung (Europ. Material Research Soc.) vom 22.05.1995 bis 26.05.1995 in Strasbourg (FR) ebenfalls mit Aspekten der vorliegenden Erfindung und zumindest einigen der mit ihr verbundenen Vorteile.

Claims (23)

1. Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium für optoelektronische Schaltungen, mit einer porösen Schicht auf der angrenzenden Substratoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (UPSL) eine homogene Dicke (dUPSL) im Bereich zwischen 20 nm und 100 nm und homogene Porosität mit Porengrößen von bis zu 10 nm im Durchmesser aufweist und bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften unabhängig vom Leitungstyp und der Dotierungskonzentration des Substratmaterials ausgebildet ist.
2. Halbleiterbauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial aus reinem Silizium gebildet ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial aus Siliziumcarbid gebildet ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial aus Silizium-Germanium gebildet ist.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial einkristallin ist.
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial polykristallin ist.
7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial p-leitend ist.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Solarzelle ausgebildet ist.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem einfallenden Licht zugekehrte Oberfläche profiliert ausgebildet ist.
10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Photodetektor ausgebildet ist.
11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial n-leitend ist.
12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lumineszenzdiode ausgebildet ist.
13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen des porösen Halbleitermaterials mit einer elektrischen Passivierungsschicht versehen sind.
14. Verfahren für die Herstellung poröser Siliziumschichten durch elektrochemische Oberflächenmodifikation von flachen Siliziumkörpern unter Anwendung eines Anodisierungsstromes und eines fluoridhaltigen Elektrolyten bei Zimmertemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Siliziumschichten (por-Si) mit nanoporöser Struktur und in vorgebbarer Dicke (dpor-si) zwischen 20 nm und 150 nm mittels des Elektrolyten als einer 0,1- bis 0,7-molaren wäßrigen Fluoridlösung mit einem auf 3,5 ± 0,5 eingestellten pH-Wert und des in Abhängigkeit von der Konzentration an Fluoridionen (CF) im Elektrolyten auf einem Wert zwischen 0,3mA/cm² und 2,1 mA/cm² gehaltenen maximalen Anodisierungsstromes (IA) während einer Behandlungsdauer entstehen, für die ein Sollwert geflossener elektrischer Ladung (Q) je Flächeneinheit (A; dim: cm²) einstellbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende der Behandlungsdauer der Anodisierungsstrom (IA) und damit die Reaktionsgeschwindigkeit zwecks Steuerung der monotonen Zunahme der Schichtdicke (dpor-si) mit erhöhter Empfindlichkeit verringert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff während der Oberflächenmodifikation durch den Elektrolyten geleitet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenmodifikation von n-leitenden Siliziumkörpern unter Einwirkung einer Belichtung mit einer Leistung zwischen 1 mW/cm² und 10 mW/cm² durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strukturveränderung in der porösen Siliziumschicht unter Einwirkung einer Belichtung mit einer Leistung von mehr als 5 mW/cm² durchgeführt wird.
19. Verfahren nah einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Oberflächenmodifikation eine Endbehandlung durchgeführt wird, die nach Abschalten des Anodisierungsstromes und einer Wartezeit bis zu 1 Minute ein kräftiges Spülen mit detailliertem und Stickstoff durchströmtem Wasser umfaßt.
20. Verfahren nach Anspruch 17 und 19 oder 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Endbehandlung die Belichtung ausgeschaltet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine NH₄F-Lösung eingesetzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine NaF-Lösung eingesetzt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine CaF-Lösung eingesetzt wird.
DE19621144A 1995-05-19 1996-05-15 Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium mit einer porösen Schicht und Verfahren für die Herstellung poröser Siliziumschichten Withdrawn DE19621144A1 (de)

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