[发明专利]一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法

说明书

本发明属于电子元器件制造技术领域，涉及一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，步骤包括将将InP衬底装入MBE系统的生长室，加热去除衬底表面残余的氧化层，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，在缓冲层的基础上生长由两层超薄材料构成的Al_xGa_1‑xAs_ySb_1‑y顶层节单元，重复生长n个周期，即可得到组分精确控制的AlGaAsSb四组分顶层节材料。本工艺通过As/Sb或Al/Ga成对控制的方法，以双层作为一周期使AlGaAsSb四组分材料得以组分精确地生长，有效避免了材料生长过程中As和Sb或Al和Ga之间的的竞争，并且彻底解决了不互溶隙对材料生长的限制。

技术领域

本发明涉及电子元器件制造技术领域，特别涉及一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法。

背景技术

太阳能电池作为可再生能源的代表，受到人们广泛的关注。目前商业化的单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能电池大多采用单P-N节结构，只能吸收并转化太阳能光谱全谱中的一小部分，因此光电转换效率普遍不高(低于30％)。为了进一步提高电池效率，我们可以将注意力转移到多节太阳能电池上。多节太阳能电池，顾名思义，电池结构从上往下依次设置带隙从大到小渐变的光吸收层，从而实现对太阳光谱从短波长到长波长的依次吸收，进而大幅度提高光电转换效率。

对于多节太阳能电池而言，Ⅲ-Ⅴ族半导体主要有两大材料体系：GaAs和InP。基于GaAs的多节电池已经得到了广泛研究，目前已经取得了超过40％的光电转换效率。理论上，InP基电池拥有比GaAs基电池更高的光电转换效率。但是迄今为止，基于InP的电池鲜有报道。

实现高效率InP基太阳能电池的难点在于制备出符合要求的顶层节材料，要求该材料为直接带隙，禁带宽度大于1.6eV，并且和InP衬底晶格匹配。三组分的AlAs_0.56Sb_0.44和InP晶格匹配，容易生长，但是其直接带隙在EΓ＝2.5eV，间接带隙EX＝1.85eV，二者能量差较大，因此Γ能谷产生的光生载流子会有相当一部分释放到了X能谷，造成显著的能量损失。

四组分的Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y相对三组分的AlAs_0.56Sb_0.44而言有四个组分调节自由度，可以将其与InP衬底的晶格常数完全匹配，并且通过调节Al组分可以使其禁带宽度连续可调。比如Al_0.75Ga_0.25As_0.56Sb_0.44，具有直接带隙值EΓ＝1.95eV，间接带隙值EX＝1.72eV。X和Γ能谷能量差仅为0.23eV，大大降低了能量损失。因此，Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y是一种非常有前景的InP基电池的顶层节材料。但是四组分的Al_xGa_1-xAs_ySb_1-y有一定的不互溶隙(miscibility gap)，在不互溶隙内的材料处于亚稳态，容易发生分解，形成稳定的两相或三相结构，造成材料质量严重下降。因此，这种材料在热力学平衡状态下生长困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，使其能够正常生长并且质量得到保障。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种AlGaAsSb四组分材料的生长方法，步骤包括：

①将InP衬底装入MBE系统的生长室；

②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；

③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层，厚度100～1000nm；