CN109755334A - 一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法 - Google Patents

一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109755334A
CN109755334A CN201811630551.0A CN201811630551A CN109755334A CN 109755334 A CN109755334 A CN 109755334A CN 201811630551 A CN201811630551 A CN 201811630551A CN 109755334 A CN109755334 A CN 109755334A
Authority
CN
China
Prior art keywords
algaassb
tetra
component
layer
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811630551.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109755334B (zh
Inventor
陈意桥
张国祯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Kun Original Photoelectric Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Kun Original Photoelectric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Kun Original Photoelectric Co Ltd filed Critical Suzhou Kun Original Photoelectric Co Ltd
Priority to CN201811630551.0A priority Critical patent/CN109755334B/zh
Publication of CN109755334A publication Critical patent/CN109755334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109755334B publication Critical patent/CN109755334B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

本发明属于电子元器件制造技术领域，涉及一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，步骤包括将将InP衬底装入MBE系统的生长室，加热去除衬底表面残余的氧化层，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，在缓冲层的基础上生长由两层超薄材料构成的AlxGa1‑xAsySb1‑y顶层节单元，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlGaAsSb四组分顶层节材料。本工艺通过As/Sb或Al/Ga成对控制的方法，以双层作为一周期使AlGaAsSb四组分材料得以组分精确地生长，有效避免了材料生长过程中As和Sb或Al和Ga之间的的竞争，并且彻底解决了不互溶隙对材料生长的限制。

Description

一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法
技术领域
本发明涉及电子元器件制造技术领域，特别涉及一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法。
背景技术
太阳能电池作为可再生能源的代表，受到人们广泛的关注。目前商业化的单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能电池大多采用单P-N节结构，只能吸收并转化太阳能光谱全谱中的一小部分，因此光电转换效率普遍不高(低于 30％)。为了进一步提高电池效率，我们可以将注意力转移到多节太阳能电池上。多节太阳能电池，顾名思义，电池结构从上往下依次设置带隙从大到小渐变的光吸收层，从而实现对太阳光谱从短波长到长波长的依次吸收，进而大幅度提高光电转换效率。
对于多节太阳能电池而言，Ⅲ-Ⅴ族半导体主要有两大材料体系：GaAs 和InP。基于GaAs的多节电池已经得到了广泛研究，目前已经取得了超过 40％的光电转换效率。理论上，InP基电池拥有比GaAs基电池更高的光电转换效率。但是迄今为止，基于InP的电池鲜有报道。
实现高效率InP基太阳能电池的难点在于制备出符合要求的顶层节材料，要求该材料为直接带隙，禁带宽度大于1.6eV，并且和InP衬底晶格匹配。三组分的AlAs0.56Sb0.44和InP晶格匹配，容易生长，但是其直接带隙在EΓ＝2.5eV，间接带隙EX＝1.85eV，二者能量差较大，因此Γ能谷产生的光生载流子会有相当一部分释放到了X能谷，造成显著的能量损失。
四组分的AlxGa1-xAsySb1-y相对三组分的AlAs0.56Sb0.44而言有四个组分调节自由度，可以将其与InP衬底的晶格常数完全匹配，并且通过调节Al组分可以使其禁带宽度连续可调。比如Al0.75Ga0.25As0.56Sb0.44，具有直接带隙值 EΓ＝1.95eV，间接带隙值EX＝1.72eV。X和Γ能谷能量差仅为0.23eV，大大降低了能量损失。因此，AlxGa1-xAsySb1-y是一种非常有前景的InP基电池的顶层节材料。但是四组分的AlxGa1-xAsySb1-y有一定的不互溶隙(miscibility gap)，在不互溶隙内的材料处于亚稳态，容易发生分解，形成稳定的两相或三相结构，造成材料质量严重下降。因此，这种材料在热力学平衡状态下生长困难。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，使其能够正常生长并且质量得到保障。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，步骤包括：
①将InP衬底装入MBE系统的生长室；
②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；
③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，厚度100～1000nm；
④在缓冲层的基础上生长一层厚度为d1的AlAsySb1-y材料，再生长一层厚度为d2的GaAsySb1-y材料，形成AlxGa1-xAsySb1-y厚度为d1+d2的顶层节单元，其中：
⑤将d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlGaAsSb四组分顶层节材料。
具体的，缓冲层为In0.52Ga0.48As或In0.53Al0.47As。
具体的，d1＜3nm，d2＜3nm。
进一步的，y取值范围为0.4<y<0.6，并且为了四组分材料整体与InP晶格匹配，x和y需满足以下关系：
具体的，x＞0.6。
一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于步骤包括：
①将InP衬底装入MBE系统的生长室；
②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；
③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，厚度100～1000nm；
④在缓冲层的基础上生长一层厚度为d1的AlxGa1-xAs材料，再生长一层厚度为d2的AlxGa1-xSb材料，形成AlxGa1-xAsySb1-y厚度为d1+d2的顶层节单元，其中：
⑤将d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlGaAsSb四组分顶层节材料。
具体的，缓冲层为In0.52Ga0.48As或In0.53Al0.47As。
具体的，d1＜3nm，d2＜3nm。
进一步的，y取值范围为0.4<y<0.6，并且为了四组分材料整体与InP晶格匹配，x和y需满足以下关系：
具体的，x＞0.6。
采用上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：
本工艺通过As/Sb或Al/Ga成对控制的方法，以双层作为一周期使 AlGaAsSb四组分材料得以组分精确地生长，有效避免了材料生长过程中As 和Sb或Al和Ga之间的的竞争，并且彻底解决了不互溶隙对材料生长的限制。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
将InP衬底装入MBE系统的生长室，要求真空度好于1×10-6torr
加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层。
在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的In0.53Ga0.47As缓冲层，厚度100～1000nm。
在缓冲层的基础上生长一层厚度为d1的AlAsySb1-y材料。
生长一层厚度为d2的GaAsySb1-y材料，其中：
GR为对应材料的生长速率。我们可以通过调节Al、As、Sb、Ga源的温度来调节对应的生长速率，为了实现和InP的晶格匹配。
对于y的选择要兼顾二者和InP的晶格匹配程度，因此要求0.4<y<0.6。
对于Al组分x的控制，
由于AlxGa1-xAsySb1-y要作为顶层节材料，要求其禁带宽度大于1.6eV，也就意味着：x＞0.6。
并且为了四组分材料整体与InP晶格匹配，x和y需满足以下关系：
对于d1和d2，其厚度的选择要求两层材料的波函数可以重叠，即：d1 ＜3nm，d2＜3nm。
将d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlxGa1- xAsySb1-y材料。
实施例2：
将InP衬底装入MBE系统的生长室，要求真空度好于1×10-6torr；
加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层。
在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的In0.52Al0.48As缓冲层，厚度100～1000nm。
在缓冲层的基础上生长一层厚度为d1的AlxGa1-xAs材料，再生长一层厚度为d2的AlxGa1-xSb材料，其中：
GR为对应材料的生长速率。我们可以通过调节Al、Ga、As、Sb源的温度来调节对应的生长速率。
对于As组分y的控制，
由于AlxGa1-xAsySb1-y要作为顶层节材料，要求其禁带宽度大于1.6eV，也就意味着：x＞0.6。
并且为了四组分材料整体与InP晶格匹配，x和y需满足以下关系：
对于d1和d2，其厚度的选择要求两层材料的波函数可以重叠，即：d1 ＜3nm，d2＜3nm。
将d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlxGa1- xAsySb1-y材料。
由于超晶格结构中单层三组分材料的各个组分精确控制，使其和InP 衬底晶格匹配，因此，得到的四组分材料晶体质量高，缺陷少。
我们可以通过调制掺杂的方法来控制材料中的载流子类型及浓度，即可以选择对周期结构中某一层或某几层或周期性的第几层进行掺杂。对于n 型掺杂，AlGaAs的掺杂源为Si，AlGaSb、AlAsSb、GaAsSb的掺杂源为Te。对于p型掺杂，全部采用Be作为掺杂源。通过控制掺杂源的温度和掺杂的层数，可以精确控制材料的掺杂浓度。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于步骤包括：
①将InP衬底装入MBE系统的生长室；
②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；
③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，厚度100～1000nm；
④在缓冲层的基础上生长一层厚度为d1的AlAsySb1-y材料，再生长一层厚度为d2的GaAsySb1-y材料，形成AlxGa1-xAsySb1-y厚度为d1+d2的顶层节单元，其中：
⑤将d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlGaAsSb四组分顶层节材料。
2.根据权利要求1所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：缓冲层为In0.52Ga0.48As或In0.53Al0.47As。
3.根据权利要求1或2所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：d1＜3nm，d2＜3nm。
4.根据权利要求1所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：y取值范围为0.4<y<0.6，并且为了四组分材料整体与InP晶格匹配，x和y需满足以下关系：
5.根据权利要求4所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：x＞0.6。
6.一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于步骤包括：
①将InP衬底装入MBE系统的生长室；
②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；
③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，厚度100～1000nm；
④在缓冲层的基础上生长一层厚度为d1的AlxGa1-xAs材料，再生长一层厚度为d2的AlxGa1-xSb材料，形成AlxGa1-xAsySb1-y厚度为d1+d2的顶层节单元，其中：
⑤将d1+d2作为一个周期，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlGaAsSb四组分顶层节材料。
7.根据权利要求6所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：缓冲层为In0.53Ga0.47As或In0.52Al0.48As。
8.根据权利要求6所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：d1＜3nm，d2＜3nm。
9.根据权利要求6所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：y取值范围为0.4<y<0.6，并且为了四组分材料整体与InP晶格匹配，x和y需满足以下关系：
10.根据权利要求9所述的AlGaAsSb四组分材料的生长方法，其特征在于：x＞0.6。
CN201811630551.0A 2018-12-29 2018-12-29 一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法 Active CN109755334B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811630551.0A CN109755334B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811630551.0A CN109755334B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109755334A true CN109755334A (zh) 2019-05-14
CN109755334B CN109755334B (zh) 2020-10-13

Family

ID=66404213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811630551.0A Active CN109755334B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109755334B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531460A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 全磊光电股份有限公司 一种高温工作的dfb激光器及外延结构生长方法
RU2810724C1 (ru) * 2023-03-06 2023-12-28 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" Фотокатод на основе соединения AIIIBV

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6240721A (ja) * 1985-08-17 1987-02-21 Fujitsu Ltd 液相成長方法
WO2002017363A1 (en) * 2000-08-22 2002-02-28 Regents Of The University Of California, The Method of fabricating a distributed bragg reflector by controlling material composition using molecular beam epitaxy
JP2003332353A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 通信機器用半導体装置及び通信システム用機器
CN101626143A (zh) * 2009-04-10 2010-01-13 长春理工大学 采用InGaSb柱形量子点实现高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长设计及方法
CN101645577A (zh) * 2009-08-10 2010-02-10 长春理工大学 采用AlSb缓冲层制备AlGaAsSb/InGaAsSb多量子阱的外延方法
PL216494B1 (pl) * 2011-04-29 2014-04-30 Inst Tech Elektronowej Sposób określania składu chemicznego warstw AlxGa1-xAsySb1-y
CN104577711A (zh) * 2013-10-24 2015-04-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 垂直腔面发射激光器及其制作方法
PL219949B1 (pl) * 2010-09-29 2015-08-31 Inst Tech Elektronowej Sposób wytwarzania struktur (Al)Ga(As)Sb/GaSb o lustrzanych, atomowo gładkich powierzchniach
CN108988125A (zh) * 2018-07-27 2018-12-11 中国科学院半导体研究所 中红外超晶格带间跃迁激光器及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6240721A (ja) * 1985-08-17 1987-02-21 Fujitsu Ltd 液相成長方法
WO2002017363A1 (en) * 2000-08-22 2002-02-28 Regents Of The University Of California, The Method of fabricating a distributed bragg reflector by controlling material composition using molecular beam epitaxy
JP2003332353A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 通信機器用半導体装置及び通信システム用機器
CN101626143A (zh) * 2009-04-10 2010-01-13 长春理工大学 采用InGaSb柱形量子点实现高效率1.5μm通讯波段激光器结构的外延生长设计及方法
CN101645577A (zh) * 2009-08-10 2010-02-10 长春理工大学 采用AlSb缓冲层制备AlGaAsSb/InGaAsSb多量子阱的外延方法
PL219949B1 (pl) * 2010-09-29 2015-08-31 Inst Tech Elektronowej Sposób wytwarzania struktur (Al)Ga(As)Sb/GaSb o lustrzanych, atomowo gładkich powierzchniach
PL216494B1 (pl) * 2011-04-29 2014-04-30 Inst Tech Elektronowej Sposób określania składu chemicznego warstw AlxGa1-xAsySb1-y
CN104577711A (zh) * 2013-10-24 2015-04-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 垂直腔面发射激光器及其制作方法
CN108988125A (zh) * 2018-07-27 2018-12-11 中国科学院半导体研究所 中红外超晶格带间跃迁激光器及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. BIERMANN1等: "Optical pyrometry for in situ control of MBE growth of (Al,Ga)As1~xSbx compounds on InP", 《JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531460A (zh) * 2020-12-07 2021-03-19 全磊光电股份有限公司 一种高温工作的dfb激光器及外延结构生长方法
CN112531460B (zh) * 2020-12-07 2021-11-02 全磊光电股份有限公司 一种高温工作的dfb激光器及外延结构生长方法
RU2810724C1 (ru) * 2023-03-06 2023-12-28 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Электрон" Фотокатод на основе соединения AIIIBV

Also Published As

Publication number Publication date
CN109755334B (zh) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101859813B (zh) 四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池的制作方法
CN101950774A (zh) 四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池的制作方法
CN100573923C (zh) 硅基高效多结太阳电池及其制备方法
CN104300015B (zh) AlGaAs/GaInAs/Ge连续光谱太阳能电池
CN104393098B (zh) 基于半导体量子点的多结太阳能电池及其制作方法
CN109755340A (zh) 一种正向晶格失配三结太阳电池
CN109148621B (zh) 一种双面生长的高效六结太阳能电池及其制备方法
CN102983203A (zh) 三结级联太阳能电池及其制作方法
CN103077983A (zh) 多结太阳能电池及其制备方法
CN109755334A (zh) 一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法
CN109742187B (zh) 一种多节太阳能电池制造方法
CN105810760A (zh) 一种晶格匹配的五结太阳能电池及其制作方法
CN104241416B (zh) 一种含量子阱结构的三结太阳能电池
CN110233187A (zh) 晶格失配的多结太阳能电池结构
CN105355668A (zh) 一种具有非晶态缓冲层结构的In0.3Ga0.7As电池及制备方法
CN103247722B (zh) 四结级联太阳电池的制作方法
CN106252448B (zh) 一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池及其制备方法
CN210052751U (zh) 多结太阳能电池
CN209045589U (zh) 一种含多个双异质结子电池的五结太阳能电池
WO2013004188A1 (zh) 太阳能电池，系统，及其制作方法
CN107403850B (zh) 一种含嵌入式背场结构的多结太阳能电池及其制备方法
CN105810778B (zh) MOCVD高温生长高质量GaInNAs子电池的方法
CN205752192U (zh) 一种晶格匹配的五结太阳能电池
CN204243066U (zh) 多结太阳能电池外延结构、多结太阳能电池
Ringel et al. Multi-junction III-V photovoltaics on lattice-engineered Si substrates

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant