[发明专利]一种InP衬底生长InGaAs电池层的结构及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体生长技术，尤其是一种InP衬底上生长InGaAs电池的结构及其生长方法。

背景技术

在基于In_XGa_1-XAs的热光伏（TPV）电池中，In_XGa_1-XAs禁带宽度范围在0.5eV-0.6eV之间，对应的In的组分在0.65-0.81之间，与InP衬底的晶格失配介于1.0-1.4%之间。所以如直接在InP衬底上生长0.6eV InGaAs电池，由于晶格失配造成的应力的释放将在InGaAs中产生大量的位错，降低InGaAs的晶体质量，从而很难提高热光伏电池的效率。

发明内容

为解决上述问题，下面提供一种InP衬底生长InGaAs电池层的方法，可以释放0.6eV InGaAs热光伏电池材料与InP衬底的晶格失配造成的应力。这种方法包括以下步骤：

步骤一：采用金属有机化合物化学气相沉淀法，在InP衬底上生长一层InP缓冲层；

步骤二：采用金属有机化合物化学气相沉淀法，在所述步骤一的InP缓冲层表面从下至上依次生长至少一层InAsP过渡层，每层InAsP过渡层与所述InP衬底存在晶格失配度；

步骤三：采用金属有机化合物化学气相沉淀法，在所述步骤二的InAsP过渡层上生长InGaAs电池层，获得目标产品。

其中，为更好地释放晶格失配造成的应力，所述InAsP过渡层与InP衬底的晶格失配度从下至上逐层增加。

所述步骤二中每层所述InAsP过渡层由上补偿层及下补偿层组成；先生长的下补偿层比后生长的上补偿层晶格失配度大，且两者晶格失配度不超过0.2%。先生长的下补偿层晶格失配度稍大一些，再生长的上补偿层相对晶格失配度小一些，这样上补偿层和下补偿层组成一对应力补偿层，从而实现应力在过渡层中的释放。

为保证过渡层间的应力能完全释放，不同的InAsP过渡层之间相邻的上补偿层及下补偿层晶格失配度相差不超过0.4%。

最后一层InAsP过渡层的台阶变化是不同的，与所述InGaAs电池层相邻的InAsP过渡层的上补偿层与下补偿层之间的晶格失配度不超过0.05%。

InAsP过渡层存在一个适当的厚度，超过这个厚度，应力才可以完全释放，所述InAsP过渡层的厚度为300~400nm。

所述InP缓冲层的厚度为50~500nm，为InAsP过渡层的生长建立了必要的生长气氛与模板。

所述InP衬底与InGaAs电池层的晶格失配度为1.3%。在晶格失配度固定的情况下，InAsP过渡层的层数是相对固定的。

本发明还提供一种InP衬底生长InGaAs电池层的结构，包括底层InP衬底及顶层InGaAs电池层，在InP衬底及InGaAs电池层之间依次层叠InP缓冲层以及至少一层与所述InP衬底存在晶格失配度的InAsP过渡层。

进一步地，为更好地释放晶格失配造成的应力，所述InAsP过渡层与InP衬底的晶格失配度从下至上逐层增加。

进一步地，所述步骤二中每个所述InAsP过渡层由上补偿层及下补偿层组成；先生长的下补偿层比后生长的上补偿层晶格失配度大，且两者晶格失配度不超过0.2%。

进一步地，与所述InGaAs电池层相邻的InAsP过渡层中上补偿层与下补偿层之间的晶格失配度不超过0.05%。

进一步地，不同的InAsP过渡层之间相邻的上补偿层及下补偿层晶格失配度相差不超过0.4%。

进一步地，，所述InAsP过渡层的厚度为300~400nm。

进一步地，所述InP缓冲层的厚度为50~500nm。

所述InP衬底与InGaAs电池层的晶格失配度为1.3%。在晶格失配度固定的情况下，InAsP过渡层的层数是相对固定的。

本发明的有益效果是：本发明利用MOCVD方法生长基于InP衬底的InGaAs热光伏电池。其中引入InP缓冲层和InAsP作为过渡层，每个InAsP过渡层由一对应力补偿层组成，通过InAsP过渡层台阶式渐变，与InP衬底的晶格失配度台阶式递增，以释放InGaAs热光伏电池材料与InP衬底的晶格失配造成的应力。通过这种方法可以获得高质量InGaAs材料，得到高效的热光伏电池。本发明能够在InP衬底上形成“虚拟衬底”生长与InP衬底晶格失配的外延层，突破了晶格常数的限制，具有重要的应用价值。

附图说明

图1a为本发明实施例的制作流程示意图。