[發明專利]多元共蒸發制備銦鎵銻類多晶薄膜的方法

有效

• 申請號: 200810052489.1
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN101245442A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 孫云;喬在祥;李勝林;何青;張德賢;周志強
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C23C14/26
• 分類號: C23C14/26;C23C14/14;C23C14/54
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯力

【技術領域】

本發明屬于制備大面積化合物半導體薄膜材料和器件的技術領域，特別是一種在玻璃或其他廉價襯底上進行多元共蒸發制備III-V族化合物半導體銦鎵銻(InGaSb)類多晶薄膜的方法，該方法也可以制備合金薄膜材料與器件。

【背景技術】

熱光伏技術是將受熱高溫熱輻射體的能量通過半導體p/n結電池直接轉換成電能的技術。上世紀60年代，美國麻省理工學院的研究人員給出了完整的熱光伏系統的原理和概念，但限于當時的技術條件，一直處于理論研究階段。直到上世紀90年代初期，研制出了低禁帶的銻化鎵(GaSb)電池，熱光伏系統的一些優點才得到初步驗證。熱光伏系統主要的優點有：理論效率較高，噪音低，無移動部件，可便攜，可靠性高，高體積比功率，高重量比功率，可將熱能利用和發電結合在一起等。

目前，最具應用前景的熱光伏電池材料是銦鎵銻(InGaSb)材料，制備方法包括在摻雜的單晶或多晶銻化鎵(GaSb)基片上，通過擴散的方法形成p/n結；或者在單晶銻化鎵(GaSb)襯底上通過金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)的方法制備銦鎵銻(InGaSb)p/n結薄膜。這些方法制備的銦鎵銻(InGaSb)材料，都是屬于體材料范圍，厚度在200μm以上，需要耗費大量的原材料。

【發明內容】

本發明目的是解決現有方法制備的銦鎵銻材料屬于體材料，需要耗費大量昂貴的原材料的問題，提供一種在玻璃或其他廉價襯底上進行多元共蒸發制備III-V族化合物半導體銦鎵銻(InGaSb)類多晶薄膜的方法。

本發明旨在在玻璃或其他廉價襯底上實現不同的In/Ga比的多晶銦鎵銻(InGaSb)薄膜的制備，使實際的有效層厚度不超過10μm，能夠節省昂貴的原材料，同時可實現大面積沉積，制備大面積薄膜半導體器件。

本發明提供的多元共蒸發制備銦鎵銻類多晶薄膜的方法，包括：

第一、將清洗干凈并干燥的襯底與銦源、鎵源、銻源蒸發源置入真空鍍膜系統的鐘罩內抽真空；

第二、待真空鍍膜系統內的氣壓降到3.0×10^-3Pa以下，將襯底均勻加熱至200-600℃之間，并保持這一襯底溫度；

第三、同時打開銦源、鎵源、銻源蒸發源的加熱電源，分別控制銻源、鎵源和銦源的蒸發溫度，在銻源蒸發溫度(300-500℃)設定基礎上，調節鎵源蒸發溫度(400-1200℃)和銦蒸發源溫度(500-1300℃)，使其對應于不同的鎵源和銦源蒸發速率。待蒸發源溫度恒定后，進行銦鎵銻多晶薄膜的共蒸發或分步蒸發，當材料為銻化鎵時，材料的禁帶寬度為0.72eV，當材料為銻化銦時，材料的禁帶寬度為0.18eV，調節鎵源和銦源的不同蒸發溫度，可以獲得不同的鎵源和銦源蒸發速率，得到不同鎵含量的銦鎵銻類多晶薄膜，從而調節薄膜材料的禁帶寬度在0.18eV至0.72eV之間。

上述第三步通過分別控制銻源、鎵源和銦源等蒸發源溫度，使其各自蒸發，可分別制備出銻化鎵(GaSb)、銻化銦(InSb)或銦鎵銻(InGaSb)等多晶化合物半導體薄膜。通過調節銻源、鎵源和銦源等蒸發源溫度，控制各元素的蒸發速率，可得到不同比例的銦鎵銻(InGaSb)類薄膜材料，從而調節材料的禁帶寬度。

所述的蒸發源采用坩鍋、蒸發舟、或線性條形源，通過電阻或高頻加熱方式對蒸發源進行加熱，使各個元素蒸發；蒸發源內設有耐高溫熱電偶作為溫度傳感器，對蒸發源進行溫度控制。

蒸發源由高熔材料鎢、鉬、鉭、氧化鋁、二氧化硅、氮化硼、碳化硅、或石墨制成。所述的蒸發源上方設置有可移動擋板，用于控制蒸發元素的蒸發量。蒸發源可以放置在襯底之下，由下至上將元素蒸發到襯底上；也可以將蒸發源放置在襯底之上，由上至下將元素蒸發到襯底上。通過移動襯底或改變蒸發源位置(即調節蒸發源與襯底之間的垂直距離，并調節蒸發源與襯底托盤中心法線的夾角)，可提高薄膜的均勻性用以制備大面積半導體功能器件，如大面積窄帶隙熱光伏器件等。

所述的襯底材料為廉價的材料如玻璃、陶瓷、金屬或高分子聚合物等，剛性和柔性的均可。

襯底由加熱器加熱，溫度可調節在室溫200-600℃范圍內。

本發明的主要特點是：