METODO PARA FABRICAR UN DISPOSITIVO OPTOELECTRONICO DE PELICULA DELGADA.

Método para fabricar un dispositivo optoelectrónico de película delgada sobre un sustrato contenedor de silicio,

conductor, que comprende las etapas de desarrollar una secuencia de capas, que incluyen por lo menos las etapas siguientes:

a) formar una capa porosa (2) de silicio sobre dicho sustrato (1) de tal manera que dicha capa porosa de silicio actúe como difusor de luz y como reflector de luz; presentando dicha capa porosa una porosidad en el intervalo comprendido entre 20% y 70% y un grosor en el intervalo comprendido entre 0,1 micra y 1 micra;

b) desarrollar, a una temperatura inferior de 750ºC, una capa semiconductora no porosa (3) sobre dicha capa porosa de silicio, comprendiendo dicha capa no porosa por lo menos una primera región y por lo menos una segunda región que se forman en dicha capa no porosa, dicha primera región de un primer tipo de conductividad, dicha segunda región de un segundo tipo de conductividad, diferente de dicho primer tipo de conductividad, y siendo tal dicha secuencia de capas que, en dicho dispositivo, se logra un confinamiento óptico

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W9900085BE.

Solicitante: INTERUNIVERSITAIR MICRO-ELEKTRONICA CENTRUM VZW.

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: KAPELDREEF 75,3001 HEVERLEE.

Inventor/es: NIJS, JOHAN, STALMANS,LIEVEN, POORTMANS,JEF, CAYMAX,MATTY, SAID,KHALID.

Fecha de Publicación: 18 de Febrero de 2010.

Fecha Concesión Europea: 9 de Septiembre de 2009.

Clasificación PCT:

H01L31/028 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › comprendiendo, aparte de los materiales de dopado u otras impurezas, únicamente elementos del Grupo IV de la clasificación periódica.
H01L31/052 H01L 31/00 […] › Medios de refrigeración directamente asociados o integrados con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrados para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).

Clasificación antigua:

H01L31/028 H01L 31/00 […] › comprendiendo, aparte de los materiales de dopado u otras impurezas, únicamente elementos del Grupo IV de la clasificación periódica.
H01L31/052 H01L 31/00 […] › Medios de refrigeración directamente asociados o integrados con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrados para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).

METODO PARA FABRICAR UN DISPOSITIVO OPTOELECTRONICO DE PELICULA DELGADA.

Fragmento de la descripción:

Método para fabricar un dispositivo optoelectrónico de película delgada.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo optoelectrónico eficaz de película delgada sobre un sustrato de bajo coste que contiene Si. Resultan particularmente interesantes los dispositivos optoelectrónicos tales como células solares y LED's.

Antecedentes de la invención

Cuando se analiza el progreso de la tecnología sobre células solares, que son uno de los dispositivos optoelectrónicos bajo consideración, se puede observar que se ha aplicado un esfuerzo de investigación importante en el desarrollo de células solares en capas delgadas basadas en Si cristalino depositadas sobre sustratos que contienen Si. Existe una sensación común de que este campo técnico seguirá siendo importante en el futuro y acarreará una importancia económica de larga duración. No obstante, las estructuras de células solares de película delgada sobre un sustrato contenedor de Si padecen una carencia intrínseca de confinamiento de la luz. Para garantizar una eficacia suficientemente elevada, se ha de conseguir incrementar el confinamiento de luz en la película delgada y, al mismo tiempo, evitar pérdidas por absorción en el sustrato. La solución de este problema proporciona una oportunidad importante de avances en la eficacia de células solares basadas en Si cristalino. Particularmente, captando y confinando la luz incidente en un volumen de material pequeño, se relajan los requisitos de la longitud de difusión para una captación eficaz de cargas y se puede reducir drásticamente el grosor de la capa activa en la célula solar de silicio.

Se han propuesto varias soluciones para introducir o mejorar el confinamiento de luz. No obstante, todas estas diferentes soluciones tienen en común que se reduce la calidad del material de la película delgada y/o se incrementa la complejidad del proceso de fabricación. Algunas de estas soluciones son:

a) ranurar o texturizar el sustrato antes de la deposición de la película delgada (por ejemplo, como en el documento US nº 4.571.448). Esto presenta resultados beneficiosos solamente limitados. Se incrementa la primera pasada de la luz entrante pero no existe retrorreflexión. Por otra parte, esta solución tiene una influencia negativa sobre la complejidad del proceso de fabricación.

b) deposición de la película delgada sobre un sustrato que tiene una capa de óxido intermedia que actúa como reflector trasero. No obstante, el uso de dicho óxido implica una calidad menor del material depositado y es tecnológicamente complicado.

etch-back

Independientemente, en otro campo técnico, se llevan a cabo investigaciones sobre crecimiento epitaxial sobre Si poroso. Una observación interesante es que es posible obtener películas delgadas de alta calidad cuando se deposita Si sobre una superficie de Si poroso. Esto ha dado como resultado principalmente el uso de esta técnica para aplicaciones de silicio sobre aislante (SOI). Para estas aplicaciones, la capa porosa es una capa desechable ya que dicha capa porosa se retira después, tal como, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos US-5536361.

Recientemente se ha aplicado el crecimiento epitaxial sobre Si poroso también en el campo de las células solares tal como en "A novel process for ultra-thin monocrystalline silicon solar cells on glass", de R. Brendel, 14th European PV-Conference, Barcelona 1997, págs. 1354 a 1357. En este caso, se desarrolla una película de Si sobre Si poroso y la misma se transfiere después sobre otro sustrato, es decir, un sustrato de vidrio. Tal como en la aplicación de SOI, la capa de Si poroso desarrollada es una capa desechable.

Los documentos DE-4319413, US-A-5696629 y WO-A-94/29757 dan a conocer un componente óptico que incluye una pila multicapa de capas de silicio poroso desarrolladas sobre un sustrato de silicio. La pila multicapa se hace servir como detector, filtro interferencial o reflector.

El documento JP-02031204 da a conocer un método para realizar una batería solar de semiconductores del grupo III-V sobre un sustrato de silicio. Para lograr una mayor eficacia de conversión fotoeléctrica de esta batería solar, se hace que la superficie o el sustrato de silicio sea poroso antes del crecimiento del semiconductor del grupo III-V. Se logra la mayor eficacia de conversión fotoeléctrica haciendo que en el semiconductor del grupo III-V haya una transposición y una tensión residual menores y menos defectos reticulares.

Objetivos de la invención

Un objetivo de la invención consiste en lograr un confinamiento de la luz en un dispositivo optoelectrónico de película delgada cristalina que se forma sobre un sustrato contenedor de Si con el fin de incrementar la eficacia de este dispositivo. Son materiales típicos de la película delgada el Si, el Ge, el SiGe y otros materiales de compuestos III-V.

Otro objetivo de la invención consiste en lograr este confinamiento de la luz sin un deterioro sustancial de la calidad del material de la película delgada y sin incrementar sustancialmente la complejidad del proceso.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un método para fabricar un dispositivo optoelectrónico de película delgada según la reivindicación 1.

En un aspecto de la invención, se da a conocer un dispositivo optoelectrónico de película delgada sobre un sustrato contenedor de Si. Particularmente, esta película delgada es una capa de semiconductor cristalino. La película delgada puede ser, por ejemplo, monocristalina o policristalina. Para incrementar la eficacia de este dispositivo, se aplica una capa porosa entre la película delgada y el sustrato. Esta capa porosa, preferentemente silicio, presenta propiedades tanto de reflexión de la luz como de difusión de la luz, dando origen de este modo a un confinamiento de la luz en la película delgada. Además de las ventajas ópticas, la capa porosa también puede actuar como capa barrera, lo cual evita la difusión de impurezas desde un sustrato hacia la capa de semiconductor depositada. Esto resulta ventajoso especialmente en el caso de sustratos de bajo coste y, por lo tanto, impuros. Esta actividad de capa barrera es debida a la extracción (gettering) de impurezas en la gran superficie porosa interna, aunque puede ser un resultado también de otros fenómenos.

Particularmente, se da a conocer un dispositivo optoelectrónico de película delgada sobre un sustrato contenedor de silicio, conductor, que comprende:

- una capa porosa de silicio sobre dicho sustrato, presentando dicha capa porosa de silicio propiedades tanto de difusión de la luz como de reflexión de la luz;

- una capa no porosa sobre dicha capa porosa de silicio; y

- por lo menos una primera región y por lo menos una segunda región en dicha capa no porosa, actuando preferentemente dicha primera región de un primer tipo de conductividad como absorbente de luz, presentando dicha segunda región una conductividad de un segundo tipo, diferente a dicho primer tipo de conductividad, para el contacto con dicho dispositivo optoelectrónico de película delgada.

Preferentemente, dicha capa no porosa es una capa de semiconductor no poroso.

Según una forma de realización preferida, dicho semiconductor no poroso puede ser una capa cristalina.

De acuerdo con una segunda forma de realización, dicha capa de semiconductor no poroso puede ser una capa elemental.

Según una tercera forma de realización, dicha capa de semiconductor no poroso se puede realizar con un elemento del grupo IV.

Preferentemente, dicho dispositivo comprende por lo menos tres regiones:

- una primera región de un primer tipo de conductividad y que tiene un nivel de dopaje,

- una segunda región de un segundo tipo de conductividad dentro de dicha región, y

- una tercera región de dicho primer tipo de conductividad y que es de un nivel de dopaje mayor que...

Reivindicaciones:

1. Método para fabricar un dispositivo optoelectrónico de película delgada sobre un sustrato contenedor de silicio, conductor, que comprende las etapas de desarrollar una secuencia de capas, que incluyen por lo menos las etapas siguientes:

a) formar una capa porosa (2) de silicio sobre dicho sustrato (1) de tal manera que dicha capa porosa de silicio actúe como difusor de luz y como reflector de luz; presentando dicha capa porosa una porosidad en el intervalo comprendido entre 20% y 70% y un grosor en el intervalo comprendido entre 0,1 micra y 1 micra;

b) desarrollar, a una temperatura inferior de 750ºC, una capa semiconductora no porosa (3) sobre dicha capa porosa de silicio, comprendiendo dicha capa no porosa por lo menos una primera región y por lo menos una segunda región que se forman en dicha capa no porosa, dicha primera región de un primer tipo de conductividad, dicha segunda región de un segundo tipo de conductividad, diferente de dicho primer tipo de conductividad,

y siendo tal dicha secuencia de capas que, en dicho dispositivo, se logra un confinamiento óptico.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha primera región de un primer tipo de conductividad está actuando como absorbente de luz.

3. Método según la reivindicación 1, en el que dicha capa semiconductora no porosa se realiza con silicio, germanio, SiGe.

4. Método según la reivindicación 1, en el que dicha capa semiconductora no porosa se desarrolla por medio de deposición química de vapor.

5. Método según la reivindicación 1, en el que dicha capa porosa de silicio se forma exponiendo el sustrato a un tratamiento electroquímico o un tratamiento químico o electroerosión.

6. Método según la reivindicación 1, en el que, en dicha primera región, se forma por lo menos una tercera región para el contacto con dicha primera región, estando aislada dicha tercera región con respecto a dicha segunda región y presentando el mismo tipo de conductividad que dicha primera región.

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