[发明专利]用于形成适合用于微电子器件的磷属元素化物组合物的方法

说明书

优先权

本专利申请要求Kimball等在2011年2月11日提交的序列号为61/441,997的美国临时专利申请的优先权，其题为“用于形成适合用于微电子器件的磷属元素化物组合物的方法(METHODOLGY FOR FORMING PNICTIDE COMPO SITIONS SUITABLE FOR USE IN MICROELECTRONIC DEVICES)”，其中所述临时专利申请的全文通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及形成适合用于微电子器件的磷属元素化物组合物的方法。更具体地说，用于形成磷属元素化物组合物的蒸气流(vapor flux)源自于磷属元素化物源化合物(pnictide source compound)，并且所述蒸气流至少部分分解以用于生长磷属元素化物膜。所述蒸气流的生成和所述流的分解至少部分发生在独立的加工区中。

背景技术

磷化锌(Zn₃P₂)和类似的IIB/VA族半导体材料作为薄膜光伏器件中的光活性吸收剂具有明显的潜力。例如，磷化锌据报告具有1.5eV的直接带隙、在可见光区中的高光吸收度(例如，大于10⁴至10⁵cm^-1)和长的少数载流子扩散长度(约5至约10μm)。这将允许高的集流效率。还有，材料例如Zn和P是丰富的和低成本的。

已知磷化锌是p-型或n-型的。迄今为止，制造p-型磷化锌要容易得多。制备n-型磷化锌，特别是使用适于工业规模的方法，仍然是具有挑战性的。这阻碍了基于磷化锌的p-n同质结的制造。因此，使用磷化锌的太阳能电池最通常分用Mg肖特基接触(Schottky contact)或p/n异质结构造。示例性的光伏器件包括整合了基于p-Zn₃P₂/Mg的肖特基接触并表现出约5.9％的太阳能转换效率的那些。由于包含Zn₃P₂和金属例如Mg的结(junction)所得到约0.8eV的势垒高度，这样的二极管的效率理论上将开路电压限制到约0.5伏。

可是，预期由通过分别具有p和n型电导率的相同半导体材料的连续区域来形成结的p/n同质结电池得到提高的效率和开路电压。p/n同质结的一个示例性优点将是最小化能带结构中的不连续性，同时总的组成保持相同。并且，相邻的p/n材料的折射指数将匹配，从而最小化反射损失。还有，热膨胀系数将匹配以最小化潜在的分层风险。

一些研究者提出，当p-型磷化锌层在与镁接触的同时被加热的情况下，能够原位形成p/n同质结。参见，例如，美国专利No.4,342,879。其他研究者已经利用分子束外延制备了n-型磷化锌。还尝试了制造n-型磷化锌的其他方法。然而，至少部分由于膜质量差、缺乏对膜化学计量的控制和/或缺乏对形成高质量p/n结的控制，这类方法通常得到差光伏性能(如果有的话)的器件。

对于提高整合有IIB/VA族半导体或其他磷属元素化物组合物的微电子器件的质量和电子性能的策略有强烈需求。

发明内容

本发明提供了制造磷属元素化物组合物、特别是光活性的和/或半导体的磷属元素化物的方法。在许多实施方式中，这些组合物为待整合到广泛的微电子器件中的生长在广泛的合适衬底上的薄膜的形式，所述微电子器件包括光伏器件、光电探测器、发光二极管、β辐生伏特器件、热电器件、晶体管、其他光电子器件等等。作为概述，本发明从合适的源化合物制备这些组合物，其中蒸气流在第一加工区中来源于源化合物，所述蒸气流在不同于第一加工区的第二加工区中处理，然后处理过的蒸气流(任选与一种或多种其他成分组合)用来在合适的衬底上生长磷属元素化物膜。

本发明提供了许多优点。所述方法允许极好地控制生长速率和所获得的薄膜的组成。能够按要求控制组成特征，从而生长出均匀的单层膜。或者，膜可以由多个具有不同组成(任选根据需要具有p-型或n-型特征)的亚层制成。可以在单腔室中使用包括至少一种单一源化合物的一种或多种成分来生长单一或多层叠层，因为在许多实施方式中可通过所述蒸气流而不是源化合物的适当处理来控制组成。因此，在一些实施模式中，可以使用本文中描述的策略在单一处理腔室中从相同的源化合物产生结的全部或一部分。