[發明專利]MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法

有效

• 申請號: 201610192093.1
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105810778B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 楊鵬;楊翠柏;張小賓;張楊;方聰;劉向平;靳愷;王雷;高熙隆
• 申請（專利權）人: 中山德華芯片技術有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C16/30;C23C16/52
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 梁瑩

技術領域

本發明涉及半導體設備設計領域，尤其是指一種MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法。

背景技術

能源是人類社會發展的重要基礎資源。由于世界能源資源產地與能源消費中心相距較遠，特別是隨著世界經濟的發展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續增大。由此導致對能源資源的爭奪日趨激烈、環境污染加重和環保壓力加大，使得能源問題成為當今國際政治、經濟、軍事、外交關注的焦點。發展可再生能源已成為全球實現低碳能源轉型的戰略目標，也成為我國可持續生態化發展的重大需求。同時，化石能源對環境的污染和全球氣候的影響將日趨嚴重。面對以上挑戰，世界能源供應和消費將向多元化、清潔化、高效化、全球化和市場化趨勢發展。

鑒于國情，我國應特別注意依靠科技進步和政策引導，提高能源利用效率，尋求能源的清潔化利用，積極倡導能源、環境和經濟的可持續發展，并積極借鑒國際先進經驗，建立和完善我國能源安全體系。

光伏發電以太陽能電池技術為核心，目前太陽能電池從技術上主要分為3類：以晶硅電池為代表的第一代太陽能電池，以硅基薄膜、CdTe、CICS電池等為代表的第二代薄膜電池和以GaAs疊層電池為代表的第三代太陽能電池。光伏市場主要以第一代和第二代電池為主。然而，晶硅電池成本較高，且由于硅材料本身性質的限制，其光電轉換效率很難再有提高，薄膜電池本身效率偏低，投資成本較高，因此，開發高效低成本的第三代太陽能電池不僅必要而且迫切。

目前GaAs基系高效多結疊層太陽電池主要采用三結或四結疊層結構。GaInP/Ga(In)As/Ge三結太陽電池的理論效率值在AM(大氣質量)0 1sun條件下為35％，GaInP/Ga(In)As/GaInNAs/Ge四結電池在AM(大氣質量)0 1sun的條件下理論轉換效率值高達41％以上，可見存在巨大潛在優勢。

GaAs疊層電池的GaInNAs子電池適宜生長溫度較低，但MOCVD技術在低溫環境下生長出來的子電池表面缺陷和雜質比較嚴重；通過提高溫度可以改善GaInNAs子電池表面，但隨環境溫度升高，GaInNAs子電池氮元素摻雜難度將變大，氮源利用率極低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提出一種MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法，可有效降低高溫生長GaInNAs子電池時氮元素的摻雜難度，從而生長出高質量的GaInNAs子電池。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法，在MOCVD高溫生長GaAs疊層電池的GaInNAs子電池時，通過載氣的快速切換,能夠降低高溫生長GaInNAs子電池時氮元素的摻雜難度，從而生長出所需的高質量GaInNAs子電池，而載氣的快速切換則由互鎖裝置完成；此外，生長GaInNAs子電池前后需生長隧道結GaAs/AlGaAs，而生長GaInNAs子電池前后的隧道結GaAs/AlGaAs使用的載氣為H₂，生長GaInNAs子電池使用的載氣為N₂，GaInNAs子電池摻雜氮源為二甲基肼；其包括以下步驟：

1)生長GaInNAs子電池前，載氣為H₂，生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池，H₂流量為80-90L/min，生長溫度為540-550℃，生長壓力為30Torr，隧道結GaAs/AlGaAs的生長厚度為24-26nm，生長時間為90s；

2)生長GaInNAs子電池時，載氣快速切換為N₂，載氣通過互鎖裝置自動快速切換，N₂的流量為2.8-3L/min,生長溫度為590-600℃，生長壓力為39Torr，GaInNAs子電池的生長厚度為0.98-1um，生長時間為30min；

3)生長GaInNAs子電池后，載氣快速切換為H₂，生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池，H₂流量為80-90L/min，生長溫度為540-550℃，生長壓力為30Torr，隧道結GaAs/AlGaAs的生長厚度為24-26nm，生長時間為90s。

H₂的純度即體積百分數大于99.99999％，N₂的純度即體積百分數大于99.999％。