FR2981195A1 - Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot - Google Patents

Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot Download PDF

Info

Publication number
FR2981195A1
FR2981195A1 FR1159154A FR1159154A FR2981195A1 FR 2981195 A1 FR2981195 A1 FR 2981195A1 FR 1159154 A FR1159154 A FR 1159154A FR 1159154 A FR1159154 A FR 1159154A FR 2981195 A1 FR2981195 A1 FR 2981195A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
semiconductor
substrate
semiconductor layer
layer
junction
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.)
Pending
Application number
FR1159154A
Other languages
English (en)
Inventor
Rainer Krause
Bruno Ghyselen
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.)
Soitec SA
Original Assignee
Soitec SA
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 Soitec SA filed Critical Soitec SA
Priority to FR1159154A priority Critical patent/FR2981195A1/fr
Priority to TW101131382A priority patent/TWI611464B/zh
Priority to DE112012004230.1T priority patent/DE112012004230T5/de
Priority to SG11201400569UA priority patent/SG11201400569UA/en
Priority to US14/350,435 priority patent/US10490688B2/en
Priority to PCT/IB2012/002062 priority patent/WO2013054184A1/fr
Priority to CN201280048760.9A priority patent/CN103843157B/zh
Priority to KR1020147009324A priority patent/KR20140074338A/ko
Publication of FR2981195A1 publication Critical patent/FR2981195A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03044—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds comprising a nitride compounds, e.g. GaN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0693—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells the devices including, apart from doping material or other impurities, only AIIIBV compounds, e.g. GaAs or InP solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0725—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • H01L31/1848—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P comprising nitride compounds, e.g. InGaN, InGaAlN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1892—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • 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

Abstract

Un dispositif semi-conducteur, en particulier une cellule solaire (450), est formé sur la base d'une stratégie hybride de dépôt utilisant le MOCVD et la MBE dans le but de fournir des semi-conducteurs composés adaptés en réseau (452, 453, 454). Pour ce faire, la MBE peut être appliquée pour fournir un semi-conducteur composé contenant de l'azote (453) qui permet une énergie de bande interdite désirée et une configuration adaptée en réseau par rapport à des substrats d'arséniure de gallium.

Description

Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur formé par différentes techniques de dépôt La présente invention se rapporte de manière générale à des dispositifs semiconducteurs incluant des jonctions pn multiples formées sur la base de semi-conducteurs composés qui sont fournis dans une configuration substantiellement adaptée en réseau. Des produits semi-conducteurs ont été fabriqués à partir de silicium au cours des 50 dernières années, fournissant ainsi des circuits intégrés, des systèmes sur puce (SoC), des dispositifs de stockage, des composants optoélectroniques tels que des lasers, des photodiodes et, en raison de questions économiques et écologiques, des cellules solaires, dont on pense qu'elles jouent un rôle très important dans la gestion future de l'énergie d'une manière local et globale. En raison des demandes constamment en augmentation en ce qui concerne la vitesse d'opération, la densité de conditionnement et les coûts de production, des techniques de fabrication très efficaces ont été développées au cours des dernières décennies, en particulier en ce qui concerne le traitement du silicium et des matériaux connexes. Bien que le silicium soit utilisé de préférence dans des environnements de production de masse en raison de sa disponibilité presque illimitée et de la pluralité de techniques et d'outils de procédés bien établis, il y a néanmoins une demande croissante pour des matériaux semi-conducteurs spécialement conçus pour traiter des besoins spécifiques, par exemple en relation à la vitesse d'opération, au comportement optique, et autres. Par exemple, une aire se développant extrêmement vite dans le domaine des semi-conducteurs est la fabrication de dispositifs optoélectroniques tels que des capteurs, et autres, pouvant éventuellement être intégrés de manière monolithique dans un dispositif semi-conducteur. Par exemple, une application d'une photodiode dans le domaine de la fabrication de semi- conducteurs gagnant progressivement en importance est la fabrication de cellules solaires, qui peuvent être considérées comme des photodiodes spécialement conçues de façon à obtenir une puissance de sortie de la photodiode dépendante du rayonnement. Dans une cellule solaire, typiquement au moins une jonction pn est fournie, qui agit en tant que source de champ électrique interne, ce qui permet ainsi la séparation de paires électron/trou qui sont générées par absorption d'un photon incident. Essentiellement, le comportement optique, c'est-à-dire la conversion de photons en paire électron/trou, dépend de l'énergie de bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé. Par exemple, un matériau de silicium cristallin a typiquement une énergie de bande interdite de 1,1 eV, ce qui permet donc l'absorption de lumière visible et résulte toutefois en une transparence plus élevée du matériau à base de silicium pour des longueurs d'onde plus grandes dans le domaine de l'infrarouge. De plus, étant donné que dans le silicium cristallin l'absorption de lumière augmente seulement lentement en fonction de l'épaisseur du matériau, des matériaux cristallins relativement épais sont nécessaires, par exemple dans la plage d'une centaine à plusieurs centaines de micromètres, requérant ainsi une quantité significative de matériaux à base de silicium dans le but de fabriquer des cellules solaires cristallines. De plus, en raison de l'énergie de bande interdite spécifique, le rendement global théorique et pratique des cellules solaires fabriquées à partir de matériaux à base de silicium cristallin est très limité, étant donné que, par exemple, même si des photons ayant une longueur d'onde au-dessus du domaine proche infrarouge peuvent être absorbés dans le matériau à base de silicium, « excès » d'énergie des photos d'énergie plus élevée absorbés est converti en chaleur. Par conséquent, une partie significative du rayonnement, bien qu'absorbée efficacement dans le matériau à base de silicium, ne contribue pas à la puissance de sortie et réduit même l'efficacité globale en raison de la dépendance significative en température de la puissance de sortie des cellules solaires au silicium fabriquées à partir de silicium cristallin. Pour ces raisons il a été proposé d'utilisé des matériaux semi-conducteurs spécialement conçus dans le but d'adapter l'énergie de bande interdite de manière appropriée au spectre du rayonnement incident. Étant donné qu'une seule jonction pn souffre typiquement d'efficacité réduite en raison du compromis entre longueur d'onde minimale et production de chaleur résiduelle, le concept de dispositifs semi-conducteurs à jonctions tandem ou à jonctions multiples a été introduit, dans lequel une jonction pn est fournie dans un matériau semi-conducteur ayant une première énergie de bande interdite, alors qu'au moins une autre jonction pn est implémentée dans un matériau semi-conducteur ayant une deuxième énergie de bande interdite de façon à couvrir une plage plus large de rayonnement incident pouvant être efficacement converti en paires électron/trou. Par exemple, des semi-conducteurs composés III-V se sont avérés être des matériaux hautement efficaces qui peuvent permettre l'élaboration d'une bande interdite adéquate, alors que des techniques de dépôt de matériaux efficaces bien établies peuvent être utilisées en même temps de manière à former les différents matériaux semi-conducteurs en tant que configuration de couches empilées. En particulier, l'arséniure de gallium (GaAs) est un semi-conducteur composé qui permet, en combinaison avec d'autres espèces telles que le phosphore, l'indium, l'aluminium, et autres, de former des couches de composés semi-conducteurs, dans lesquelles l'énergie de bande interdite peut être ajustée d'environ 2 eV à environ 1 eV et même moins. De plus, l'arséniure de gallium peut être déposé sur des matériaux semi-conducteurs bien établis, tels que le germanium, dans une configuration substantiellement adaptée en réseau, réduisant ainsi la quantité de défauts de réseau à l'interface entre le substrat et le matériau semi-conducteur d'arséniure de gallium. Pendant l'avancée de la technologie des semi-conducteurs, des techniques de croissance hautement efficaces ont été établies, dans lesquelles des concepts à base de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sont utilisés, dans lesquels des paramètres du procédé sont choisis de sorte que la croissance du matériau puisse substantiellement avoir lieu sur la base de la structure réticulaire du matériau « modèle » sous-jacent. Par conséquent, lorsqu'on utilise un matériau cristallin modèle, le matériau semi-conducteur crû par la suite est aussi fourni dans une structure cristalline ayant substantiellement le même type et la même taille de réseau comparé au matériau modèle. Dans ce cas, dans ce qui suit, un procédé de dépôt correspondant sera désigné comme un procédé de croissance épitaxiale dans lequel le terme adapté en réseau peut donc correspondre au fait que le matériau semi-conducteur crû a un réseau avec un paramètre de réseau qui dévie de 5% ou moins par rapport au matériau modèle sous-jacent. Dans certaines techniques de croissance épitaxiale, les espèces atomiques utilisées pour d'autres semi-conducteurs composés sont typiquement fournies sous la forme de matériaux précurseurs d'organométalliques, qui sont vaporisés et appliqués dans un milieu gazeux. En contrôlant les paramètres du procédé de manière adéquate, une épaisseur contrôlée du semi-conducteur composé ayant une composition de matériau désirée peut être crue à un taux de croissance modéré. Une autre technique d'épitaxie bien établie est l'épitaxie par jets moléculaires (MBE), dans laquelle des molécules sont dirigées vers la surface du substrat dans des conditions de vide poussé, initialisant ainsi une croissance du cristal d'un matériau semi-conducteur. En contrôlant les diverses sources de molécules et en contrôlant le faisceau moléculaire lui-même, des semi-conducteurs composés hautement complexes peuvent être formés avec une épaisseur de plusieurs couches atomiques à plusieurs centaines de nanomètres ou plus. En général, ces techniques de croissance épitaxiale sont utilisées pour fabriquer des dispositifs semi-conducteurs complexes, par exemple en particulier des cellules solaires dans lesquelles deux couches semi-conductrices, ou plus, ayant des énergies de bande interdite adéquatement adaptées sont formées en une séquence de procédés de dépôt.
Il a été reconnu que, en particulier, en combinaison avec un ou plusieurs matériaux semi-conducteurs ayant des énergies de bande interdite dans la plage de 2,0 à 1,5 eV, la fourniture d'au moins un matériau semi-conducteur avec une énergie de bande interdite dans la plage de 0,9 à 1,3 eV est très efficace dans le but d'obtenir un rendement de conversion global très élevé. Par exemple, des cellules solaires à triple jonction à base d'arséniure de gallium ont été rapportées avec un rendement global de plus de 40% lorsqu'elles sont exposées à un rayonnement solaire concentré. De telles cellules à haut rendement ont été fabriquées en implémentant une sous-cellule inférieure avec une énergide de bande interdite d'environ 1,0 eV, permettant ainsi une conversion efficace du rayonnement dans le domaine du proche infrarouge. Dans certaines approches, un matériau semi-conducteur ternaire à base de gallium est utilisé pour la sous-cellule inférieure, qui est fourni en tant que couche à désaccord de réseau en comparaison aux deux sous-cellules inférieures restantes à base de gallium ayant respectivement une énergie de bande interdite de 1,4 et 1,9 eV. Les couches semi-conductrices ont été crues sur la base de CVD organométallique (MOCVD), dans laquelle une couche tampon échelonnée modérément épaisse a été fournie entre les sous- cellules intermédiaires et la couche semi-conductrice inférieure à désaccord de réseau dans le but de réduire le nombre de défauts de réseau qui sont typiquement associés avec une croissance d'un matériau semi-conducteur à désaccord de réseau. Dans d'autres stratégies il a été reconnu que l'élaboration d'une bande interdite efficace dans la plage de 0,9 à 1,35 eV peut être réalisée en incorporant de l'azote dans un matériau semi-conducteur à base de gallium, tel que GaInNAs et GaInNAsSb, dans lequel une configuration adaptée en réseau peut aussi être obtenue par rapport à d'autres semiconducteurs composés à base de gallium. Dans ce but, un contrôle précis des teneurs en azote dans le semi-conducteur composé est cependant nécessaire afin de combiner une configuration adaptée en réseau et une énergie de bande interdite désirée. Dans les techniques sophistiquées d'épitaxie par jets moléculaires des plaques déflectrices biaisées sont typiquement utilisées afin de contrôler les teneurs en azote de manière appropriée lors du dépôt du matériau semi-conducteur. En se fondant sur ce concept, des empilements de couches semi-conductrices appropriés ont été formés par MBE afin de fournir une cellule solaire à haut rendement lorsqu'elle est exposée à un rayonnement solaire concentré. Bien que les empilements de couches semi-conductrices produits par MBE pour des applications solaires fournissent un haut rendement, le coût de production global est extrêmement élevé, et la robustesse du procédé dans les techniques de production en volume est au moins hautement contestable lorsqu'on utilise des procédés de MBE. D'autre part, un contrôle précis de la teneur en azote dans les couches semi-conductrices à base de gallium est extrêmement difficile à réaliser dans les techniques de MOCVD, ce qui rend le concept consistant à utiliser des couches semi-conductrices à base de gallium et d'azote dilué moins attrayant pour former des dispositifs semi-conducteurs sophistiqués, tels que des cellules solaires à efficacité supérieure, en particulier étant donné que les outils de procédés de MBE correspondants nécessitent une maintenance accrue et offrent une disponibilité réduite, par exemple comparé à des outils de procédés de MOCVD. D'autre part, les approches conventionnelles pour fournir des basses énergies de bande interdite sur la base de couches semi-conductrices à base de gallium à désaccord de réseau nécessitent des procédés de MOCVD sophistiqués, étant donné que, par exemple, des couches tampons adéquates sont nécessaires, qui impliquent un contrôle du procédé très complexe pour fournir le matériau semi-conducteur échelonné avec l'épaisseur requise. Par conséquent, il faut compter dans ce cas avec des temps de procédé modérément longs et donc des coûts de production accrus. Un objectif de la présente invention est donc de fournir des techniques de fabrication et des dispositifs semi-conducteurs dans lesquels des jonctions pn multiples, c'est-à-dire des couches semi-conductrices avec des jonctions pn correspondantes formées dans celles-ci, sont fournies sur la base d'un matériau semi-conducteur composé, tel que l'arséniure de gallium, en particulier pour des applications dans les cellules solaires, tout en évitant ou au moins en réduisant les effets d'un ou plus parmi les problèmes identifiés plus haut. En général, la présente invention aborde les objectifs identifiés plus haut en fournissant des dispositifs semi-conducteurs, et en particulier des cellules solaires, et des techniques de fabrication, dans lesquels des couches semi-conductrices critiques, et donc des jonctions pn du dispositif semi-conducteur, peuvent être formées sur la base de techniques de MBE, par exemple en formant un matériau semi-conducteur composé contenant de l'azote d'une façon adaptée en réseau, tandis que d'autres semi-conducteurs composés sont formés sur la base de techniques de CVD, fournissant ainsi une robustesse et une efficacité du procédé dans son ensemble.
Selon un aspect de la présente invention, un procédé de formation d'une pluralité de jonctions pn dans un dispositif semi-conducteur est fourni. Le procédé comprend l'étape consistant à réaliser un procédé de dépôt chimique en phase vapeur de manière à former une première couche semi-conductrice cristalline comprenant une première jonction pn du dispositif semi-conducteur. Le procédé comprend en outre l'étape consistant à réaliser un procédé d'épitaxie par jets moléculaires de sorte à former un matériau semi-conducteur à azote dilué en tant que deuxième couche semi-conductrice cristalline comprenant une deuxième jonction pn du dispositif semi-conducteur. Comme indiqué plus haut, l'épitaxie par jets ioniques moléculaires est une technique d'épitaxie adéquate pour fournir des semi-conducteurs composés contenant de l'azote de sorte que le contenu en azote puisse avantageusement être contrôlé de manière fiable et précise, permettant ainsi un ajustement précis de l'énergie de bande interdite tout en permettant aussi la fabrication de matériaux semi-conducteurs composés adaptés en réseau. Dans un autre mode de réalisation illustratif, le procédé comprend en outre l'étape consistant à former au moins autre matériau semi-conducteur cristallin en réalisant au moins un autre procédé de dépôt chimique en phase vapeur, dans lequel ladite au moins une autre couche semi-conductrice cristalline comprend une autre jonction pn. Par conséquent, une pluralité de jonctions pn est fournie dans le dispositif semi-conducteur, dans lequel la plupart des couches semi-conductrices sont formées sur la base de techniques de CVD, obtenant ainsi une uniformité et un débit du procédé supérieurs en formant les semi-conducteurs composés d'une manière adaptée en réseau. Dans un autre mode de réalisation illustratif, le procédé comprend en outre les étapes consistant à fournir un substrat et à former lesdites première et deuxième couches semi- conductrices cristallines au-dessus dudit substrat. Dans ce mode de réalisation, le même matériau de substrat est utilisé pour réaliser le procédé de CVD et le procédé de MBE de manière séquentielle, évitant ainsi des techniques de procédé additionnelles pour combiner des couches semi-conductrices pouvant être fabriquées sur la base de différents substrats.
Dans un mode de réalisation illustratif, chaque couche semi-conductrice est formée au-dessus du substrat. Par conséquent, une séquence de procédés est appliquée, dans laquelle tout semi-conducteur composé du dispositif est formé d'une manière séquentielle au-dessus du même substrat, fournissant ainsi une épaisseur d'ensemble réduite de l'empilement de couches semi-conductrices résultant, étant donné que n'importe quelle couche de matériau intermédiaire peut être fournie avec une épaisseur bien contrôlée et réduite, par exemple en comparaison aux techniques de collage de substrats, et autres techniques similaires.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les première et deuxième couches semiconductrices sont formées en tant que parties d'une configuration de couches empilées. De cette façon, des dispositifs semi-conducteurs particulièrement hautement efficaces, tels que des cellules solaires, sont fournis, étant donné que les couches semi-conductrices d'énergies de bande interdite appropriées peut être fournies dans la configuration de couches empilées de sorte à obtenir un niveau global d'absorption de rayonnement élevé et par conséquent une efficacité de conversion accrue, tout en permettant une connexion en série efficace des diverses jonctions pn. De plus, les diverses sous-cellules de la configuration de couches empilées peuvent être adaptées l'une à l'autre de manière adéquate dans le but de fournir substantiellement la même intensité, lorsqu'elles répondent à un rayonnement optique externe, fournissant ainsi aussi une efficacité globale supérieure. Dans un mode de réalisation illustratif, la première couche semi-conductrice est formée avant de former la deuxième couche semi-conductrice. Dans ce cas, les première et deuxième couches semi-conductrices peuvent être formées d'une façon séquentielle, dans laquelle, le procédé MBE est réalisé après avoir fourni toutefois la première couche semi- conductrice sur la base d'une technique de CVD de sorte que des effets désavantageux comme la diffusion d'azote, et d'autres effets similaires, puisse être substantiellement évités, étant donné que, par exemple, les exigences de haute température du procédé de CVD peuvent ne pas affecter le semi-conducteur composé à azote dilué déposé ultérieurement.
Dans certains modes de réalisation illustratifs, tout semi-conducteur composé additionnel pouvant devoir être fourni sur la base d'une technique de CVD peut être formé sur un substrat distinct et peut être lié au semi-conducteur composé à azote dilué par collage de substrat, et autres techniques similaires, si l'exposition du semi-conducteur composé contenant de l'azote à l'atmosphère du CVD est considérée comme étant inappropriée.
Dans un mode de réalisation préféré, le procédé comprend en outre les étapes consistant à fournir un premier substrat et un deuxième substrat, former la première couche semi-conductrice au-dessus du premier substrat et la deuxième couche semi-conductrice au-dessus du deuxième substrat, et coller les premier et deuxième substrats. Par conséquent, en fournissant des substrats distincts pour les première et deuxième couches semi- conductrices, en particulier tout effet négatif, par exemple l'effet de température accrue, sur le semi-conducteur composé contenant de l'azote peut substantiellement être évité. De plus, des matériaux de substrats appropriés, tels que l'arséniure de gallium, le germanium, ou même des substrats spécialement conçus, tels que le germanium sur saphir ou le GaAs sur saphir, et autres substrats similaires, peuvent être utilisés efficacement dans le procédé de CVD et dans le procédé de MBE, et de ce fait dans la gestion de la flexibilité du procédé dans son ensemble. De plus, en fournissant différents substrats, un certain niveau de traitement parallèle peut être implémenté dans le flux du procédé dans son ensemble, ce qui peut être avantageux pour augmenter le débit global, et de manière générale pour atteindre une flexibilité et donc une efficacité supérieures dans la planification du flux du procédé dans son ensemble dans un contexte de fabrication donné. Dans un mode de réalisation illustratif, une ou plusieurs parmi l'au moins une autre couche semi-conductrice est formée au-dessus du deuxième substrat avant de former la deuxième couche semi-conductrice. Dans ce mode de réalisation, un « mélange » de procédés séquentiels et parallèles peut être établi lors de la formation d'une pluralité de semi-conducteurs composés, dans lequel les effets désavantageux des procédés de CVD sur le semi-conducteur composé contenant de l'azote peuvent toutefois être substantiellement évités. C'est-à-dire, l'atmosphère du procédé CVD peut avoir typiquement une influence négative sur le semi-conducteur composé contenant de l'azote préalablement formé, par exemple en termes de diffusion d'azote, et autres similaires, tandis que le procédé de MBE peut être réalisé d'autre part sur la base de tout semi-conducteur composé déposé par CVD substantiellement sans aucun effet négatif. Par conséquent, une pluralité de couches CVD peut être fournie au-dessus des premier et deuxième substrats sur la base d'une stratégie de procédé qui permet la formation du semi-conducteur composé MBE en tant que « dernier » matériau semi-conducteur crû par épitaxie dans le but d'éviter toute interaction indue avec une atmosphère de procédé de CVD. Par la suite, les diverses couches semi-conductrices fournies au-dessus des premier et deuxième substrats peuvent être combinées par toute technique adéquate, comme le collage de substrats, et autres techniques similaires. Dans un autre mode de réalisation illustratif, le procédé comprend en outre les étapes consistant à fournir un autre substrat et à former au moins une de l'au moins une autre couche semi-conductrice au-dessus de l'autre substrat. C'est-à-dire que, si une pluralité de semi-conducteurs composés doit être fournie, trois substrats différents, ou plus, peuvent être utilisés dans le but d'augmenter la flexibilité globale en combinant les diverses couches, tout en assurant en même temps un degré de parallélisme élevé du flux de fabrication, alors que tout effet négatif des procédés de CVD et du procédé de MBE peut être évité. Par exemple, dans des modes de réalisation illustratifs, le semi-conducteur composé à azote dilué peut être fourni sur un substrat dédié de sorte à éviter le dépôt d'un matériau CVD avant et après le procédé de MBE. Dans ce cas, un « découplage » maximum du procédé de MBE de toutes techniques de procédé apparenté au CVD peut être réalisé. De plus, un niveau de flexibilité élevé peut être obtenu en composant finalement l'empilement de couches résultant, dans lequel le semi-conducteur composé MBE peut être placé à tout niveau de hauteur adéquat au sein de tout l'empilement de couches, tout en évitant cependant toute interaction indue avec des atmosphères de procédés de CVD, tel qu'indiqué plus haut. Dans un mode de réalisation illustratif, les première et deuxième couches semiconductrices sont formées en tant que semi-conducteur composé III-V. Par conséquent, comme expliqué plus haut, ces couches semi-conductrices peuvent être utilisées efficacement dans une cellule solaire dans le but de fournir de façon adéquate une pluralité d'énergies de bande interdite différentes afin d'accroître l'efficacité globale de la cellule solaire. De plus, trois semi-conducteurs composés, ou plus, peuvent être fournis sous la forme de matériaux III-V, où le semi-conducteur composé à azote dilué peut permettre la fourniture d'une énergie de bande interdite d'environ 0,9 à 1,35 eV, tandis qu'une configuration adaptée en réseau de n'importe lequel des semi-conducteurs composés est également réalisée. Selon un autre aspect de la présente invention, un dispositif semi-conducteur est fourni, qui comprend une première couche semi-conductrice comprenant une première jonction pn formée au-dessus d'un substrat. Le dispositif semi-conducteur comprend en outre une deuxième couche semi-conductrice comprenant une deuxième jonction pn formée au-dessus de la première couche semi-conductrice, dans lequel la deuxième couche semiconductrice comprend un semi-conducteur composé III-V à azote dilué. De plus, le dispositif semi-conducteur inclut une troisième couche semi-conductrice comprenant une troisième jonction pn formée au-dessus du substrat, dans lequel les première, deuxième et troisième couches semi-conductrices sont fournies en tant que couches semi-conductrices adaptées en réseau. Comme indiqué plus haut, les matériaux semi-conducteurs sont fournis en tant que composés adaptés en réseau incluant un semi-conducteur composé III-V contenant de l'azote, permettant ainsi un ajustement efficace des énergies de bande interdite, y compris dans une plage en-dessous de 1,3 eV sur la base du composé contenant de l'azote, tandis que la quantité de défauts de réseau peut être réduite de manière générale.
Dans un mode de réalisation illustratif, des deuxième et troisièmes couches semiconductrices sont fournies sans aucun matériau tampon à contrainte intermédiaire, assurant ainsi une configuration empilée très compacte qui peut être fournie sur la base de temps globaux de procédé réduits en comparaison à des dispositifs semi-conducteurs conventionnels, dans lesquels des matériaux semi-conducteurs avec une énergie de bande interdite réduite peuvent typiquement nécessiter une configuration à désaccord de réseau. Par conséquent, dans ces dispositifs conventionnels une couche tampon sous contrainte d'épaisseur adéquate est typiquement nécessaire dans le but de réduire les défauts d'ensemble du réseau.
Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif semi-conducteur comprend en outre au moins une autre couche semi-conductrice adaptée en réseau formée au-dessus de la troisième couche semi-conductrice. Par conséquent, même des dispositifs semiconducteurs hautement sophistiqués avec quatre jonctions pn, ou plus, peuvent être fournis, dans lesquels chaque couche semi-conductrice est fabriquée en tant que matériau semi- conducteur adapté en réseau, dans lequel dans ce cas aussi toute couche tampon à contrainte intermédiaire peut être évitée en appliquant les techniques de procédé décrites plus haut. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif semi-conducteur est une cellule solaire. Par conséquent, comme indiqué plus haut, l'élaboration d'une bande interdite adéquate peut être appliquée dans le but d'augmenter l'efficacité de conversion globale en couvrant le spectre du rayonnement solaire de manière adéquate en utilisant en particulier un semi-conducteur composé contenant de l'azote. De cette manière, en particulier des cellules solaires pour rayonnement solaire concentré peuvent être formées sur la base d'une configuration empilée globale hautement efficace, dans laquelle une efficacité et une robustesse du procédé supérieures peuvent être atteintes en utilisant les techniques de procédé décrites plus haut. Selon un autre aspect de la présente invention, l'objectif est atteint par un procédé de formation d'une cellule solaire. Le procédé comprend l'étape consistant à former une première couche semi-conductrice au-dessus d'un substrat de la cellule solaire en réalisant une première séquence de procédé incluant un procédé d'épitaxie par jets moléculaires. Le procédé comprend en outre l'étape consistant à former une deuxième couche semiconductrice au-dessus du substrat en réalisant une deuxième séquence de procédé incluant un procédé de dépôt chimique en phase vapeur, dans lequel les première et deuxième couches semi-conductrices sont adaptées en réseau. Suivant cet aspect de la présente invention, une cellule solaire est fabriquée sur la base d'une stratégie de procédé hybride, dans laquelle des techniques de CVD et une épitaxie par jets moléculaires sont utilisées afin de fournir au moins deux couches semi- conductrices différentes. Comme indiqué plus haut, de préférence la première couche semiconductrice est formée sur la base d'un semi-conducteur composé contenant de l'azote, qui peut être formé efficacement sur la base de techniques de MBE dans le but de fournir une énergie de bande interdite désirée sans nécessiter de couches tampons sous contrainte sophistiquées, tout en fournissant néanmoins un nombre réduit de défauts de réseau en raison de la configuration adaptée en réseau. Dans un autre mode de réalisation, au moins l'une des première et deuxième séquences de procédé comprend l'étape consistant à fournir un substrat auxiliaire respectif de sorte à former une couche semi-conductrice respective au-dessus du substrat auxiliaire respectif et à coller le substrat auxiliaire respectif au substrat. Par conséquent, dans cette stratégie de procédé, les première et deuxième couches semi-conductrices peuvent être formées sur la base de différents substrats, fournissant ainsi un degré de flexibilité élevé dans l'organisation et la planification de l'intégralité du flux du procédé, tout en réduisant simultanément toute interaction entre les deux techniques de procédé différentes. D'autre part, tout ordre désiré des couches semi-conductrices peut être obtenu en collant les différents matériaux des substrats ou les couches semi-conductrices de manière adéquate. Dans certains cas, les couches semi-conductrices et tout matériau additionnel peuvent être appliqués au-dessus du substrat suivant un ordre approprié afin de fournir une configuration « inversée » qui est appropriée pour une séquence de collage ultérieure de manière à attacher directement le matériau semi-conducteur au matériau d'une couche ou d'un substrat. Dans un mode de réalisation préféré, la première couche semi-conductrice est formée de manière à avoir une énergie de bande interdite dans la plage de 0,9 eV à 1,3 eV. Par conséquent, la première couche semi-conductrice est choisie de manière adéquate par rapport à son énergie de bande interdite afin de fournir une efficacité de conversion supérieure dans l'ensemble, en particulier étant donné qu'une qualité cristalline supérieure est obtenue. De plus, la stratégie du procédé permet un temps de procédé global réduit et une flexibilité supérieure dans la fourniture d'une pluralité de couches semi-conductrices d'énergies de bande interdite appropriées pour des applications de cellules solaires, contribuant ainsi à la compétitivité des cellules solaires formées sur la base de semiconducteurs composés III-V.
Les modes de réalisation décrits plus haut et d'autres modes de réalisation spécifiques de la présente invention deviendront plus évidents à l'aide de la description suivant en référence aux figures d'accompagnement, dans lesquelles : La figure 1 a illustre schématiquement un environnement de procédé incluant un outil de procédé de CVD utilisé pour la croissance épitaxiale des matériaux semi-conducteurs sur la base de MOCVD, et un outil d'épitaxie par jets moléculaires utilisé pour la formation d'un semi-conducteur composé adapté en réseau, tel qu'un semi-conducteur composé III-V à azote dilué ; la figure 1 b illustre schématiquement diverses étapes d'une séquence de fabrication, dans laquelle l'environnement de la figure 1a est utilisé pour fournir une pluralité de semi15 conducteurs composés dans une configuration empilée au-dessus d'un substrat commun selon des modes de réalisation illustratifs ; la figure 2 illustre schématiquement un flux de procédé selon d'autres modes de réalisation illustratifs, dans lequel des procédés d'épitaxie CVD et des procédés de MBE sont réalisés sur la base d'un substrat commun, tout en évitant toujours les effets négatifs indus 20 du procédé de CVD sur le procédé de MBE, des semi-conducteurs composés additionnels pouvant être formés au-dessus d'un substrat distinct sur la base de techniques de CVD ; la figure 3 illustre schématiquement un flux de procédé, dans lequel des semiconducteurs composés sont formés sur la base de deux substrats dédiés, ou plus, alors que la couche MBE est traitée sur la base d'un substrat distinct selon des modes de réalisation 25 illustratifs, et la figure 4 illustre schématiquement une vue en coupe d'un dispositif semiconducteur, tel qu'une cellule solaire, comprenant trois semi-conducteurs composés, ou plus, dans une configuration empilée, et fournis dans une structure adaptée en réseau en utilisant les techniques de procédé décrites plus haut selon d'autres modes de réalisation illustratifs 30 de la présente invention.
La figure 1 a illustre schématiquement un environnement de fabrication 100 qui est adapté à la fabrication de dispositifs semi-conducteurs tels que des cellules solaires, et autres dispositifs semi-conducteurs similaires. L'environnement 100 comprend, en plus de tout autre outils de procédé (non illustré), au moins un ou plusieurs outils de CVD 110 qui sont configurés de manière adéquate dans le but d'établir le dépôt épitaxial de matériaux semi-conducteurs tels que des semi-conducteur composés III-V, des semi-conducteur composés II-VI, ou autres. Comme indiqué plus haut, lors de la formation d'un matériau semi-conducteur composé cristallin, le précurseur peut typiquement être fourni sous la forme de matériaux précurseurs organométalliques, des paramètres de procédé adéquats étant choisis de sorte qu'un environnement gazeux désiré soit établi dans les outils 110, permettant ainsi la croissance épitaxiale d'un matériau semi-conducteur sur un matériau ou un substrat modèle approprié. En outre, l'environnement de fabrication 100 comprend en outre un ou plusieurs outils de procédé 130, qui sont adaptés à la réalisation d'un procédé d'épitaxie par jets moléculaires, comme indiqué plus haut. En particulier, l'environnement de vide poussé requis peut être établi dans l'outil de procédé 130, tandis que, comme indiqué également plus haut, des éléments additionnels peuvent être fournis de sorte à permettre un contrôle précis des diverses espèces atomiques devant être incorporées dans un semi-conducteur composé sous considération. En particulier, l'outil 130 est configuré de manière adaptée pour contrôler l'incorporation d'une espèce d'azote dans un semi-conducteur composé, par exemple sur la base de plaques déflectrices biaisées, et autres, permettant ainsi la croissance épitaxiale de semi-conducteurs composés à azote dilué, qui sont connus pour permettre une croissance sur des substrats d'arséniure de gallium adaptée en réseau et qui fournissent une énergie de bande interdite dans la plage de 0,9 à 1,35 eV.
De plus, dans certains modes de réalisation, les outils de procédé 110 et 130, qui doivent être exploités sur la base de conditions de pressions significativement différentes, sont reliés de façon opérationnelle par un mécanisme de transport 120 qui permet l'échange de substrats sans exposition indue à l'atmosphère ambiante de l'environnement de fabrication 100. Par exemple, le mécanisme de transport 120 peut être implémenté dans un outil en grappe, minimisant ainsi les activités de transport requises. On voudra bien noter, toutefois, que les outils de procédé 110, 130 peuvent représenter des outils de procédé distincts, dans lesquels le transport de substrats peut être établi sur la base du mécanisme 120, qui inclue des systèmes de transport manuels ou automatiques sur la base de conteneurs de transport adaptés. La figure lb illustre schématiquement une séquence de procédé de fabrication, dans laquelle une pluralité de couches semi-conductrices incluant des jonctions pn sont formées dans une configuration de couches empilées, dans laquelle au moins la plupart des couches semi-conductrices sont fournies en tant que semi-conducteurs composés ayant des énergies de bande interdite choisies de façon appropriée et avec une configuration adaptée en réseau. Pour ce faire, l'environnement de fabrication 100 de la figure 1 a peut être utilisé de manière à former un dispositif semi-conducteur 150, tel qu'une cellule solaire, en appliquant deux couches semi-conductrices, ou plus, au-dessus d'un substrat commun 151. Dans le mode de réalisation illustré, dans une première étape S1 l'outil de procédé de CVD 110 est utilisé dans le but de préformer un procédé de dépôt épitaxial 111 de manière à faire croître un couche semi-conductrice 152 par épitaxie au-dessus du substrat 151, qui peut être fourni sous la forme d'un substrat de germanium, ou d'un autre substrat similaire. Comme indiqué plus haut, la couche semi-conductrice 152 peut être fournie sous la forme d'un matériau semi-conducteur à base d'arséniure de gallium ou d'un matériau semi-conducteur à base de germanium incluant une jonction pn (non illustrée), qui est typiquement formée au cours du procédé de dépôt 111 en introduisant des dopants de type p et de type n appropriés, comme il est bien connu de l'état de l'art. De plus, comme indiqué plus haut, la couche semi- conductrice 152 est fournie dans une configuration adaptée en réseau, c'est-à-dire qu'aucune couche tampon sous contrainte spécifique entre le matériau 152 et le substrat 151 n'est requise. Le procédé de dépôt 111 peut en outre inclure le dépôt d'une couche intermédiaire 153, qui peut être fournie sous la forme d'une couche de jonction tunnel de manière à assurer une connexion optique et électrique à une autre couche semi-conductrice devant être formée au-dessus du substrat 151 dans une étape de fabrication ultérieure. À l'étape S2, le dispositif 150 est soumis à une activité de transport 121, par exemple sur la base du mécanisme de transport 120 de la figure 1 a, éventuellement sans avoir recours à des conteneurs de transport supplémentaires, et autres, lorsque l'environnement 100 est fourni sous la forme d'un outil en grappe. À l'étape S3, le dispositif 150 peut être traité dans le ou les outils de procédé 130 dans le but de déposer un matériau semi-conducteur sur la base d'un procédé de MBE 131, dans lequel dans des modes de réalisation préférés un semi-conducteur composé contenant de l'azote 154 est crû épitaxialement sur la couche 153 déposée préalablement. Comme indiqué plus haut, les paramètres du procédé et la configuration matérielle de l'outil 130 sont ajustés de sorte qu'une fraction d'azote précisément définie soit incorporée dans la couche semi-conductrice 154, qui peut en outre comprendre du gallium, de l'arsenic et de l'indium (GaInNAs), éventuellement en combinaison avec de l'antimoine (Sb). Par conséquent, la couche 154 peut être déposée d'une manière adaptée en réseau avec une énergie de bande interdite désirée, qui est ajustée de préférence afin d'être comprise dans la plage de 0,9 à 1,35 eV. De plus, une autre couche intermédiaire ou de transition 155 peut être formée sur la couche 154 pendant le procédé de croissance épitaxiale 131 de manière à fournir une connexion optique et électrique à une ou plusieurs couches semi-conductrices devant être formées dans le dispositif semi-conducteur 150. Dans la stratégie de procédé illustrée à la figure lb les couches 154 et 155 peuvent représenter les seuls matériaux semi-conducteurs devant être fournis sur la base d'un procédé de croissance MBE, alors qu'on voudra bien noter que, dans d'autres cas, une ou plusieurs couches semi-conductrices doivent être crues sur la base d'une épitaxie par jets moléculaires. À l'étape S4 le dispositif 150 est à nouveau soumis à une activité de transport 122, par exemple en utilisant le mécanisme 120, dans le but d'introduire le dispositif 150 dans un environnement de procédé pour déposer une autre ou plusieurs autres couches semiconductrices sur la base de techniques de CVD. À l'étape S5 le dispositif 150 est exposé à une autre atmosphère de dépôt CVD 112, par exemple établie dans l'outil 110 ou dans tout autre outil de procédé de CVD dans le but de former au moins un autre semi-conducteur composé 156 sur la couche 155 déposée préalablement. Dans un mode de réalisation illustratif, la couche 156 peut être fournie sous la forme d'un matériau semi-conducteur d'arséniure de gallium, éventuellement suivi d'un autre semi-conducteur composé, tel que l'InGaP, si un autre matériau semi-conducteur optiquement actif est requis. Par la suite, une autre couche de transition peut être fournie pendant le procédé de dépôt 112. Dans ce cas, trois couches semi-conductrices, ou plus, d'énergie de bande interdite approprié sont fournies dans le dispositif 150 sur la base de deux procédés de dépôt CVD 111 et 112, tandis que la région optiquement active 154 est fournie sur la base d'épitaxie par jets moléculaires dans le but de fournir un semi-conducteur composé contenant de l'azote adapté en réseau.
Cependant, on voudra bien noter que tout nombre de semi-conducteurs composés peut être fourni dans une configuration empilée en utilisant les deux techniques de dépôt différentes, dans lesquels l'ordre des couches peut être choisi en accord avec les énergies de bande interdite requises pour obtenir une efficacité d'absorption et de conversion optimisée. En se référant aux figures 2 et 3, d'autres modes de réalisation illustratifs vont être décrits plus en détails à présent, dans lesquels une flexibilité supérieure dans la conception du flux de procédé global est obtenue, en particulier lorsque, par exemple, le nouveau dépôt par techniques de CVD sur le semi-conducteur composé formé épitaxialement auparavant par épitaxie par jets moléculaires est considéré comme étant inapproprié, par exemple en raison d'un certain degré de diffusion d'azote, et autres raisons similaires. La figure 2 illustre schématiquement un environnement de fabrication 200, qui peut comprendre un ou plusieurs outils de procédé de CVD 210, un mécanisme de transport 220 et un ou plusieurs outils de procédé de MBE 230. En ce qui concerne toute configuration matérielle de l'environnement 200, les mêmes critères peuvent être appliqués que ceux discutés précédemment en référence à la figure 1 a et à l'environnement 100. Dans l'environnement 200, une séquence de procédé peut être implémentée, dans laquelle le dépôt d'un semi-conducteur composé sur un semi-conducteur composé contenant de l'azote formé sur la base de MBE est évité dans le but de réduire la probabilité de n'importe quelle interaction de l'atmosphère de dépôt CVD avec un matériau semi- conducteur formé préalablement crû par MBE. Dans ce but, un dispositif semi-conducteur 250 peut comprendre un substrat adapté 251, tel qu'un substrat de germanium ou autre, qui est traité par la suite dans l'environnement de procédé 210 dans le but de former une première couche dopée 252 incluant une jonction pn suivie d'une autre couche 253, qui fourni une connexion optique et électrique à une autre couche semi-conductrice devant être formée au-dessus du substrat 251. Pour ce faire, le dispositif 250 est transporté vers l'environnement de MBE 230, par exemple en utilisant le mécanisme de transport 220, et un semi-conducteur composé à azote dilué 254 est formé d'une manière adaptée en réseau, comme indiqué plus haut. De plus, une couche intermédiaire ou de transition 255 appropriée est formée sur la base de l'outil de MBE dans l'environnement 230, complétant ainsi une première partie de l'empilement de couches semi-conductrices dans le dispositif 250. C'est-à-dire que, dans ce mode de réalisation, aucun matériau semi-conducteur additionnel n'est formé par des techniques de CVD, évitant ainsi une exposition directe des matériaux semiconducteurs crûs par MBE à une atmosphère de dépôt CVD. De plus, simultanément ou à toute étape appropriée du procédé de fabrication dans son ensemble, un deuxième dispositif semi-conducteur 260 comprenant un substrat adéquat 261, tel qu'un substrat d'arséniure de gallium, peut être traité dans l'environnement de dépôt CVD 210 dans le but de former un matériau semi-conducteur dopé adapté en réseau 262 incluant une jonction pn par-dessus, tel qu'une couche d'arséniure de gallium, et autres. Ensuite, une couche intermédiaire ou de transition 263 peut être crue dans le but de fournir une conductivité optique et électrique à un autre semi-conducteur composé devant être formé au-dessus de la couche 262. Par conséquent, dans une autre étape de dépôt, un matériau approprié 264, tel que l'InGaP, est crû en combinaison avec une couche de contact finale 265, qui fourni les caractéristiques optiques et électriques désirées en tant que couche finale de tout l'empilement devant encore être formé. À ce niveau, le substrat 261 est traité dans un autre environnement de fabrication 240 dans le but de réduire l'épaisseur du substrat 261 ou en général pour retravailler le substrat 261 afin d'en enlever une partie, si par exemple un substrat élaboré spécifiquement a été utilisé. Dans ce cas, la partie enlevée du substrat élaboré peut être réutilisée pour former des couches semi-conductrices au-dessus de celui-ci pour tout autre dispositif semi-conducteur. De la même façon, le dispositif 250 est traité dans l'environnement de fabrication 240 de manière à amincir le substrat 251 ou à en enlever une partie pouvant être réutilisée dans une autre séquence de procédé. Par la suite, les dispositifs traités 260 et 250 sont combinés dans un environnement de fabrication 241, formant ainsi le dispositif complet 250 incluant une configuration de couches empilées incluant les couches 262 à 265 formées au-dessus du substrat 261 et les couches 252 à 255 formées au-dessus du substrat 251 sur la base d'une combinaison de techniques de dépôt CVD et de techniques de dépôt MBE, comme décrit plus haut. Par exemple, comme illustré, dans le dispositif 260 le deuxième substrat 261 peut agir en tant que matériau transparent et conducteur suivi par les couches semiconductrices 262,..., 265, qui peuvent représenter un matériau semi-conducteur dopé pour fournir une jonction pn en combinaison avec un matériau semi-conducteur intermédiaire, suivi par une couche d'InGaP, comme décrit aussi par exemple plus haut en référence à la figure 1 b, suivie par la couche de contact finale 265.
On voudra bien noter que les matériaux semi-conducteurs formés par des techniques de CVD au-dessus du substrat 261 peuvent donc être formés dans une séquence permettant le collage du dispositif 260 sur la base du substrat 261, tandis que dans d'autres cas une configuration inversée peut être fournie, dans laquelle le dispositif peut être collé à l'envers à un substrat ou à une couche de l'autre dispositif, tandis qu'une partie restante du substrat 261 peut être enlevée, par exemple dans l'environnement de procédé 240. L'enlèvement d'une partie du substrat 261 peut être accompli en utilisant des technologies smart cut bien établies, fournissant ainsi une efficacité du procédé globale supérieure en raison de la réutilisabilité de la partie de substrat enlevée.
Par conséquent, selon ce mode de réalisation, trois couches semi-conductrices incluant des jonctions pn correspondantes en combinaison avec l'InGaP final peuvent être fournies sur la base d'une stratégie de dépôt hybride, dans laquelle le dépôt d'un matériau CVD au-dessus du semi-conducteur composé contenant de l'azote crû par MBE est évité. La figure 3 illustre schématiquement un environnement de fabrication 300 incluant un environnement de procédé de CVD 310 et un environnement de procédé de MBE 330. Une stratégie de procédé est implémentée dans cet environnement de procédé 300, dans laquelle au moins un semi-conducteur composé formé sur la base de MBE est fourni sur un substrat dédié sans fournir un quelconque autre matériau semi-conducteur par-dessus sur la base de techniques de CVD. De plus, au moins deux autres matériaux semi-conducteurs peuvent être formés au-dessus de substrats respectifs sur la base de techniques de CVD, fournissant ainsi aussi une flexibilité de procédé supérieure et un parallélisme accru du flux de procédé global. Comme illustré, un substrat 351, tel qu'un substrat de germanium, est fourni pour un premier procédé de dépôt dans l'environnement 310 dans le but de former une couche semi-conductrice dopée 352 par-dessus, suivie d'une couche intermédiaire ou de transition 353 appropriée. De cette façon, une jonction pn appropriée est implémentée d'une manière adaptée en réseau sur la base d'une technique de CVD. De plus, un deuxième substrat 361, tel qu'un matériau d'arséniure de gallium, est traité dans l'environnement 310 dans le but de fournir un ou plusieurs matériaux semi-conducteurs incluant des jonctions pn respectives, qui doivent être fournies dans à une étape de fabrication ultérieure dans une configuration empilée au-dessus d'un autre semi-conducteur composé devant être formé sur la base d'une technique de dépôt par MBE.
Dans le mode de réalisation illustré, une première couche semi-conductrice 362 est crue, suivie par une couche de transition 363. De plus, un autre semi-conducteur composé, tel que l'InGaP, est fourni en tant que couche 364, suivi par une couche de contact appropriée qui peut représenter une dernière couche d'une configuration empilée devant être formée sur la base de techniques de collage de plaques dans une étape de fabrication ultérieure. En raison de la fourniture des substrats individuels 351 et 361, les parties correspondantes de la configuration de couches empilée peuvent être fournies en parallèle ou séquentiellement, suivant la disponibilité globale des outils de procédé, et autres. Par conséquent, une efficacité de planification supérieure du procédé de fabrication dans son ensemble est réalisée. De plus, un substrat 371, tel qu'un matériau d'arséniure de gallium, est traité dans l'environnement 330 de manière à former un semi-conducteur composé contenant de l'azote 372 par-dessus, ayant l'énergie de bande interdite désirée et la configuration adaptée en réseau, comme indiqué plus haut. De plus, une couche intermédiaire ou de transition 373 appropriée est placée au-dessus de la couche 372. Par conséquent, le matériau 372 peut être fourni sous la forme d'un semi-conducteur composé à azote dilué sans être affecté par aucune atmosphère de dépôt CVD, ni avant le dépôt du matériau 372, ni après le dépôt de celui-ci. Les divers substrats 351, 361 et 371 peuvent être traités dans un environnement de procédé 340 correspondant dans le but de réaliser un procédé d'amincissement ou d'enlever une partie de ces substrats de manière appropriée sur la base de technologies smart cut dans le but de permettre une réutilisation ultérieure des ces parties correspondantes. Par la suite, dans un autre environnement de procédé 341 le substrat 351 est combiné avec le substrat 371, formant ainsi un premier dispositif semi-conducteur intermédiaire 350a comprenant la couche 352 en tant que première couche semi-conductrice incluant une jonction pn, suivie par le substrat 371, qui agit comme un matériau de contact transparent et conducteur. Ensuite, le semi-conducteur composé contenant de l'azote 372 est fourni en combinaison avec la couche intermédiaire 373. À cette étape le dispositif intermédiaire 350a peut être traité dans un autre environnement de fabrication 342 de manière à relier le dispositif 350a au substrat 361, qui peut comprendre au moins la jonction pn dans la couche 362 en combinaison avec l'autre matériau semi-conducteur 364 et la couche de contact 365.
On voudra bien noter que, dans ce cas aussi, les couches 362 et 364, qui sont formées au-dessus du substrat commun 361, peuvent aussi être fournies sur la base de substrats distincts si cela est considéré approprié, en vue d'accroître l'efficacité globale de la séquence de fabrication. De plus, les couches semi-conductrices fournies au-dessus un ou plusieurs parmi les substrats 351, 371 et 361 peuvent être appliquées dans une configuration inversée de manière à permettre le collage direct de n'importe laquelle de ces couches, alors que par la suite ou avant le collage, une partie correspondante du ou des substrats respectifs peut être enlevée, par exemple à l'aide de technologies smart cut. La figure 4 illustre schématiquement une vue en coupe d'un dispositif semi- conducteur 450 sous la forme d'une cellule solaire comprenant au moins trois sous-cellules 452, 453, 454 avec des jonctions pn 452p, 453p, 454p correspondantes formés dans celles-ci, alors que toute couche intermédiaire appropriée peut aussi être fournie dans les diverses sous-cellules dans le but d'établir des interconnections optiques et électriques efficaces, comme indiqué également plus haut. Les sous-cellules et les matériaux semi-conducteurs correspondants sont fournis en tant que configuration de couches empilées au-dessus d'un substrat approprié 451, formant ainsi une connexion en série des sous-cellules 454, 453, 452 dans le but de fournir une puissance de sortie lorsqu'un rayonnement solaire 402c est détecté sur la cellule solaire 450. Par exemple, le substrat 451 peut être un substrat de germanium, sur lequel la sous-cellule 452 est formée sur la base de techniques de MOCVD, comme indiqué également plus haut en référence aux figures 2 et 3. La sous-cellule 453 peut comprendre un semi-conducteur composé incluant une fraction bien définie d'azote dans le but d'obtenir une énergie de bande interdite spécifique et de permettre une configuration globale adaptée en réseau. La sous-cellule 454 peut donc comprendre des semi-conducteurs composés appropriés adaptés en réseau formés par MOCVD. On voudra cependant bien noter que toute autre séquence de couches MOCVD et de couches MBE peut être implémentée en fonction des besoins optiques et électriques spécifiques de la cellule solaire 450. Comme indiqué plus haut, typiquement les diverses sous-cellules ont des énergies de bande interdite différentes, de manière à permettre une efficacité de conversion élevée pour le spectre incident du rayonnement 402c. Typiquement, la sous-cellule 454 représentant la cellule supérieure du dispositif 450 peut avoir l'énergie de bande interdite la plus élevée, tandis que la sous-cellule 452 peut avoir l'énergie de bande interdite la plus basse. Étant donné que les matériaux semi-conducteurs de n'importe laquelle des sous-cellules 452,..., 454 sont fournis en tant qu'un empilement de couches adaptées en réseau, la quantité de défauts de réseau est réduite, ce qui se traduit à son tour en un rendement de conversion supérieur. Par conséquent, en raison de l'application de la stratégie de dépôt hybride décrite plus haut, aucune couche tampon intermédiaire n'est requise dans le dispositif 450, réduisant ainsi aussi la complexité globale du procédé en comparaison à des cellules solaires conventionnelles, dans lesquelles au moins certains semi-conducteurs composés doivent être fournis sur la base d'une configuration à désaccord de réseau. La cellule solaire 450 peut être formée sur la base de techniques de procédé comme décrit plus haut en référence aux figures 1 à 3, c'est-à-dire sur la base d'une stratégie de dépôt hybride, dans laquelle au moins le matériau semi-conducteur composé contenant de l'azote est formé sur la base de MBE, alors que deux matériaux semi-conducteurs, ou plus, sont formés sur la base de MOCVD. On voudra bien noter que tout nombre approprié de sous-cellules peut être implémenté dans le dispositif 450 en utilisant la stratégie de procédé décrite plus haut. Par exemple, la cellule solaire 450 peut avantageusement être appliquée à des situations dans lesquelles le rayonnement solaire incident 402c est fourni en tant que rayonnement concentré, dans lequel un élément concentrateur 401 est exposé au rayonnement solaire standard 402 dans le but de fournir une intensité du rayonnement accrue d'un facteur allant de 2 à plusieurs centaines, voire même plus. 5 10 2. 15 3. 4. 5. 6.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de formation d'une pluralité de jonctions pn dans un dispositif semi- conducteur (150, 250, 450), le procédé comprenant les étapes consistant à: réaliser un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (111, 112) de sorte à former une première couche semi-conductrice cristalline (152, 452) comprenant une première jonction pn (452p) dudit dispositif semi-conducteur (150, 250, 450), et réaliser un procédé d'épitaxie par jets moléculaires (131) de sorte à former un matériau semi-conducteur d'azote dilué (154, 254, 372) en tant que deuxième couche semi-conductrice cristalline comprenant une deuxième jonction pn (453p) dudit dispositif semi-conducteur. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à former au moins un autre matériau semi-conducteur cristallin (156, 262,...265, 362,...365, 454) en réalisant au moins un autre procédé de dépôt chimique en phase vapeur, dans lequel ladite au moins une autre couche semi-conductrice cristalline comprend une autre jonction pn (454p). Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre les étapes consistant à fournir un substrat (151) et former lesdites première et deuxième couches semiconductrices cristallines au-dessus dudit substrat. Procédé selon la revendication 3, dans lequel chaque couche semi-conductrice (152,...156) est formée au-dessus dudit substrat. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdites première et deuxième couches semi-conductrices (152, 154) sont formées en tant que parties d'une configuration de couches empilées. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite première couche semiconductrice (152) est formée avant de former ladite deuxième couche semiconductrice (154).7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, comprenant en outre les étapes consistant à fournir un premier substrat (351, 261) et un deuxième substrat (371, 251), former ladite première couche semi-conductrice (352, 262) au-dessus dudit premier substrat (351, 261) et ladite deuxième couche semi-conductrice (372, 254) au-dessus dudit deuxième substrat (371, 251) et former une configuration de couches empilées en réalisant un procédé de collage. 8. Procédé selon la revendication 7 en combinaison avec la revendication 2, dans lequel une ou plusieurs parmi ladite au moins une autre couche semi-conductrice (252) est formée au-dessus dudit deuxième substrat (251) avant de former ladite deuxième couche semi-conductrice (254). 9. Procédé selon la revendication 7 en combinaison avec la revendication 2, comprenant en outre les étapes consistant à fournir un autre substrat (361) et former au moins une autre de ladite au moins un autre couche semi-conductrice (362,...,365) au-dessus dudit autre substrat (361). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins ladite deuxième couche semi-conductrice est formée en tant que semi-conducteur composé III-V. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le dispositif semi-conducteur est une cellule solaire, et dans lequel les première et deuxième couches semi-conductrices sont adaptées en réseau. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel au moins l'une des étapes de procédé comprend l'étape consistant à fournir un substrat auxiliaire respectif (161, 261, 361, 371) de manière à former une couche semi-conductrice respective au-dessus dudit substrat auxiliaire respectif et coller ledit substrat auxiliaire respectif au dit substrat. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel ladite première couche semi-conductrice est formée de manière à avoir une énergie de bande interdite dans la plage de 0,9 eV à 1,3 eV. 14. Dispositif semi-conducteur (450) fabriqué suivant le procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant :une première couche semi-conductrice (152, 252, 352, 452) comprenant une première jonction pn (452p) formée au-dessus d'un substrat (151, 251, 351, 451), une deuxième couche semi-conductrice (154, 254, 373, 453) comprenant une deuxième jonction pn (453p) formée au-dessus de ladite première couche semi- conductrice (152, 252, 352, 452), ladite deuxième couche semi-conductrice (154, 254, 373, 453) comprenant un semi-conducteur composé III-V à azote dilué et une troisième couche semi-conductrice (262, 362, 454) comprenant une troisième jonction pn (454p) formée au-dessus dudit substrat (151, 251, 351, 451), lesdites première, deuxième et troisième couches semi-conductrices étant fournies en tant que couches semi-conductrices adaptées en réseau. 15. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 14, dans lequel les première, deuxième et troisième couches semi-conductrices sont fournies sans matériau tampon à contrainte intermédiaire. 16. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 14 ou 15, comprenant en outre au moins une autre couche semi-conductrice adaptée en réseau (156, 264, 364) formée au-dessus de ladite dite troisième couche semi-conductrice. 17. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel ledit dispositif semi-conducteur est une cellule solaire.
FR1159154A 2011-10-11 2011-10-11 Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot Pending FR2981195A1 (fr)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1159154A FR2981195A1 (fr) 2011-10-11 2011-10-11 Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot
TW101131382A TWI611464B (zh) 2011-10-11 2012-08-29 半導體元件中應用不同沉積技術所形成之多重接面
DE112012004230.1T DE112012004230T5 (de) 2011-10-11 2012-10-08 Mehrfachübergänge in einer Halbleitervorrichtung, die durch unterschiedliche Abscheidungstechniken ausgebildet ist
SG11201400569UA SG11201400569UA (en) 2011-10-11 2012-10-08 Multi junctions in a semiconductor device formed by different deposition techniques
US14/350,435 US10490688B2 (en) 2011-10-11 2012-10-08 Multi junctions in a semiconductor device formed by different deposition techniques
PCT/IB2012/002062 WO2013054184A1 (fr) 2011-10-11 2012-10-08 Jonctions multiples dans un dispositif à semi-conducteurs formé par différentes techniques de dépôt
CN201280048760.9A CN103843157B (zh) 2011-10-11 2012-10-08 通过不同的沉积技术形成的半导体器件中的多结
KR1020147009324A KR20140074338A (ko) 2011-10-11 2012-10-08 상이한 퇴적 기술들에 의해 형성된 반도체 소자에서의 다중 접합들

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1159154A FR2981195A1 (fr) 2011-10-11 2011-10-11 Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2981195A1 true FR2981195A1 (fr) 2013-04-12

Family

ID=47080742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1159154A Pending FR2981195A1 (fr) 2011-10-11 2011-10-11 Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10490688B2 (fr)
KR (1) KR20140074338A (fr)
CN (1) CN103843157B (fr)
DE (1) DE112012004230T5 (fr)
FR (1) FR2981195A1 (fr)
SG (1) SG11201400569UA (fr)
TW (1) TWI611464B (fr)
WO (1) WO2013054184A1 (fr)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102751389A (zh) * 2012-07-19 2012-10-24 厦门市三安光电科技有限公司 一种高效多结太阳能电池的制备方法
EP3103142B1 (fr) 2014-02-05 2020-08-19 Array Photonics, Inc. Convertisseur de puissance monolithique à jonctions multiples
CN104659158A (zh) * 2015-03-16 2015-05-27 天津三安光电有限公司 倒装多结太阳能电池及其制作方法
US10930808B2 (en) * 2017-07-06 2021-02-23 Array Photonics, Inc. Hybrid MOCVD/MBE epitaxial growth of high-efficiency lattice-matched multijunction solar cells
EP3669402A1 (fr) 2017-09-27 2020-06-24 Array Photonics, Inc. Dispositifs optoélectroniques à infrarouge à courte longueur d'onde comportant une couche de nitrure dilué
WO2020185528A1 (fr) 2019-03-11 2020-09-17 Array Photonics, Inc. Dispositifs optoélectroniques à infrarouge à courte longueur d'onde comportant des régions actives de nitrure dilué à gradient ou à saut

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6252287B1 (en) * 1999-05-19 2001-06-26 Sandia Corporation InGaAsN/GaAs heterojunction for multi-junction solar cells

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404421A (en) 1982-02-26 1983-09-13 Chevron Research Company Ternary III-V multicolor solar cells and process of fabrication
US4686323A (en) 1986-06-30 1987-08-11 The Standard Oil Company Multiple cell, two terminal photovoltaic device employing conductively adhered cells
JPH0656865B2 (ja) 1988-10-13 1994-07-27 株式会社東芝 高耐圧素子用接着基板
FR2690278A1 (fr) 1992-04-15 1993-10-22 Picogiga Sa Composant photovoltaïque multispectral à empilement de cellules, et procédé de réalisation.
FR2690279B1 (fr) 1992-04-15 1997-10-03 Picogiga Sa Composant photovoltauique multispectral.
US6130147A (en) 1994-04-07 2000-10-10 Sdl, Inc. Methods for forming group III-V arsenide-nitride semiconductor materials
US5689123A (en) 1994-04-07 1997-11-18 Sdl, Inc. III-V aresenide-nitride semiconductor materials and devices
US5853497A (en) 1996-12-12 1998-12-29 Hughes Electronics Corporation High efficiency multi-junction solar cells
US6281426B1 (en) 1997-10-01 2001-08-28 Midwest Research Institute Multi-junction, monolithic solar cell using low-band-gap materials lattice matched to GaAs or Ge
FR2777116A1 (fr) * 1998-04-03 1999-10-01 Picogiga Sa Structure a semiconducteurs de composant photovoltaique
US6344608B2 (en) * 1998-06-30 2002-02-05 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic element
TW502458B (en) 1999-06-09 2002-09-11 Toshiba Corp Bonding type semiconductor substrate, semiconductor light emission element and manufacturing method thereof
US6316715B1 (en) * 2000-03-15 2001-11-13 The Boeing Company Multijunction photovoltaic cell with thin 1st (top) subcell and thick 2nd subcell of same or similar semiconductor material
US7339109B2 (en) 2000-06-20 2008-03-04 Emcore Corporation Apparatus and method for optimizing the efficiency of germanium junctions in multi-junction solar cells
AU2002219895A1 (en) 2000-11-27 2002-06-03 Kopin Corporation Bipolar transistor with lattice matched base layer
US6815736B2 (en) 2001-02-09 2004-11-09 Midwest Research Institute Isoelectronic co-doping
US20050026432A1 (en) 2001-04-17 2005-02-03 Atwater Harry A. Wafer bonded epitaxial templates for silicon heterostructures
WO2002084725A1 (fr) 2001-04-17 2002-10-24 California Institute Of Technology Procede utilisant un transfert de la couche au germanium au si pour applications photovoltaiques, et heterostructures realisees par ce procede
US7238622B2 (en) 2001-04-17 2007-07-03 California Institute Of Technology Wafer bonded virtual substrate and method for forming the same
AU2003297649A1 (en) 2002-12-05 2004-06-30 Blue Photonics, Inc. High efficiency, monolithic multijunction solar cells containing lattice-mismatched materials and methods of forming same
US20050161078A1 (en) 2004-01-27 2005-07-28 Daniel Aiken Solar cell mechanical interconnection using direct wafer bonding
US20080211061A1 (en) 2004-04-21 2008-09-04 California Institute Of Technology Method For the Fabrication of GaAs/Si and Related Wafer Bonded Virtual Substrates
US7807921B2 (en) 2004-06-15 2010-10-05 The Boeing Company Multijunction solar cell having a lattice mismatched GrIII-GrV-X layer and a composition-graded buffer layer
US20060021565A1 (en) 2004-07-30 2006-02-02 Aonex Technologies, Inc. GaInP / GaAs / Si triple junction solar cell enabled by wafer bonding and layer transfer
US7846759B2 (en) 2004-10-21 2010-12-07 Aonex Technologies, Inc. Multi-junction solar cells and methods of making same using layer transfer and bonding techniques
US10374120B2 (en) 2005-02-18 2019-08-06 Koninklijke Philips N.V. High efficiency solar cells utilizing wafer bonding and layer transfer to integrate non-lattice matched materials
US20080311686A1 (en) 2005-08-03 2008-12-18 California Institute Of Technology Method of Forming Semiconductor Layers on Handle Substrates
US11211510B2 (en) 2005-12-13 2021-12-28 The Boeing Company Multijunction solar cell with bonded transparent conductive interlayer
US7825328B2 (en) 2007-04-09 2010-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Nitride-based multi-junction solar cell modules and methods for making the same
EP2168172B1 (fr) 2007-07-03 2019-05-22 Microlink Devices, Inc. Procédés de fabrication d'une cellule solaire à composé iii-v en couche mince
US20090014061A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University GaInNAsSb solar cells grown by molecular beam epitaxy
EP2151861A1 (fr) 2008-08-06 2010-02-10 S.O.I. TEC Silicon Passivation de structures semiconductrices gravées
US8916769B2 (en) 2008-10-01 2014-12-23 International Business Machines Corporation Tandem nanofilm interconnected semiconductor wafer solar cells
US8101856B2 (en) 2008-10-02 2012-01-24 International Business Machines Corporation Quantum well GaP/Si tandem photovoltaic cells
KR100982993B1 (ko) 2008-10-14 2010-09-17 삼성엘이디 주식회사 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물
US8236600B2 (en) 2008-11-10 2012-08-07 Emcore Solar Power, Inc. Joining method for preparing an inverted metamorphic multijunction solar cell
US20100122764A1 (en) 2008-11-14 2010-05-20 Emcore Solar Power, Inc. Surrogate Substrates for Inverted Metamorphic Multijunction Solar Cells
EP2356689A4 (fr) 2008-11-26 2013-11-20 Microlink Devices Inc Pile solaire dotée d'un orifice de surface inférieure permettant de s'engager avec la couche émettrice
US7785989B2 (en) 2008-12-17 2010-08-31 Emcore Solar Power, Inc. Growth substrates for inverted metamorphic multijunction solar cells
AU2010208225B2 (en) 2009-01-28 2015-11-05 Microlink Devices, Inc. High efficiency Group III-V compound semiconductor solar cell with oxidized window layer
IT1394853B1 (it) * 2009-07-21 2012-07-20 Cesi Ct Elettrotecnico Sperimentale Italiano Giacinto Motta S P A Cella fotovoltaica ad elevata efficienza di conversione
US8119904B2 (en) 2009-07-31 2012-02-21 International Business Machines Corporation Silicon wafer based structure for heterostructure solar cells
US8895838B1 (en) * 2010-01-08 2014-11-25 Magnolia Solar, Inc. Multijunction solar cell employing extended heterojunction and step graded antireflection structures and methods for constructing the same
US9303316B1 (en) * 2010-01-15 2016-04-05 Apollo Precision Kunming Yuanhong Limited Continuous web apparatus and method using an air to vacuum seal and accumulator
US20110232730A1 (en) * 2010-03-29 2011-09-29 Solar Junction Corp. Lattice matchable alloy for solar cells
US20110303268A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-15 Tan Wei-Sin HIGH EFFICIENCY InGaAsN SOLAR CELL AND METHOD OF MAKING
CN101950774A (zh) 2010-08-17 2011-01-19 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池的制作方法
US10170652B2 (en) * 2011-03-22 2019-01-01 The Boeing Company Metamorphic solar cell having improved current generation
CN102184980B (zh) * 2011-04-02 2013-10-30 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于晶片键合的三结太阳能电池及其制备方法
US9818901B2 (en) 2011-05-13 2017-11-14 International Business Machines Corporation Wafer bonded solar cells and fabrication methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6252287B1 (en) * 1999-05-19 2001-06-26 Sandia Corporation InGaAsN/GaAs heterojunction for multi-junction solar cells

Also Published As

Publication number Publication date
TW201316382A (zh) 2013-04-16
DE112012004230T5 (de) 2014-06-26
CN103843157B (zh) 2017-10-27
US20140261653A1 (en) 2014-09-18
SG11201400569UA (en) 2014-05-29
KR20140074338A (ko) 2014-06-17
WO2013054184A1 (fr) 2013-04-18
CN103843157A (zh) 2014-06-04
US10490688B2 (en) 2019-11-26
TWI611464B (zh) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI427830B (zh) 光電裝置之製造方法
US20150053257A1 (en) Multi-junction solar cell and use thereof
FR2981195A1 (fr) Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot
JP2010118667A (ja) ２つの変性層を備えた４接合型反転変性多接合太陽電池
FR2861853A1 (fr) Substrat avec adaptation d'indice
JP2010118666A (ja) 反転変性多接合太陽電池の代替基板
EP3559981A1 (fr) Procede de realisation de composant comprenant des materiaux iii-v et des contacts compatibles de filiere silicium
EP3811418B1 (fr) Dispositif optoelectronique comprenant une matrice de diodes
US10388814B2 (en) III-V solar cell structure with multi-layer back surface field
WO1993013563A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure semi-conductrice susceptible d'effet laser multi-longueurs d'onde, et dispositif obtenu
JP2010267934A (ja) 太陽電池およびその製造方法
EP3011602B1 (fr) Cellule solaire a heterojonction de silicium
FR3069705A1 (fr) Cellule photovoltaique tandem
EP3651214A1 (fr) Procédé de réalisation d'une photodiode et photodiode
FR2954002A1 (fr) Procede pour la production de cellules solaires multijonction metamorphiques inversees
FR3004002A1 (fr) Procede d'assemblage avance de cellule photovoltaique concentree
FR3053838A1 (fr) Procede de fabrication de photodetecteur comprenant un empilement de couches superposees
FR3105748A1 (fr) Dispositif pour traitement par laser et procédé de traitement au laser
EP3586376B1 (fr) Cellule photovoltaïque multi-jonctions de type iii-v sur substrat silicium et son procédé de fabrication
EP0617841B1 (fr) Procédé de réalisation de composants semi-conducteurs avec récupération du substrat par voie électrochimique
JP4873938B2 (ja) 化合物、光電変換装置、発光装置および光通信用装置
EP3979337A1 (fr) Procédé de caractérisation d'une cellule solaire dans des conditions similaires à celles d'un dispositif solaire à architecture tandem
Gai Multilayer Grown Ultrathin Nanostructured GaAs Solar Cells towards High-Efficiency, Cost-Competitive III-V Photovoltaics
EP4327369A1 (fr) Dispositif optoélectronique comportant un empilement à puits quantiques multiples
FR3135349A1 (fr) Cellules solaires multi-jonctions à porteurs chauds

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 10

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 11

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 12

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 13

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20240308