本發(fā)明涉及半導體設備設計領域,尤其是指一種MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法。
背景技術:能源是人類社會發(fā)展的重要基礎資源。由于世界能源資源產地與能源消費中心相距較遠,特別是隨著世界經濟的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高,世界能源需求量持續(xù)增大。由此導致對能源資源的爭奪日趨激烈、環(huán)境污染加重和環(huán)保壓力加大,使得能源問題成為當今國際政治、經濟、軍事、外交關注的焦點。發(fā)展可再生能源已成為全球實現(xiàn)低碳能源轉型的戰(zhàn)略目標,也成為我國可持續(xù)生態(tài)化發(fā)展的重大需求。同時,化石能源對環(huán)境的污染和全球氣候的影響將日趨嚴重。面對以上挑戰(zhàn),世界能源供應和消費將向多元化、清潔化、高效化、全球化和市場化趨勢發(fā)展。鑒于國情,我國應特別注意依靠科技進步和政策引導,提高能源利用效率,尋求能源的清潔化利用,積極倡導能源、環(huán)境和經濟的可持續(xù)發(fā)展,并積極借鑒國際先進經驗,建立和完善我國能源安全體系。光伏發(fā)電以太陽能電池技術為核心,目前太陽能電池從技術上主要分為3類:以晶硅電池為代表的第一代太陽能電池,以硅基薄膜、CdTe、CICS電池等為代表的第二代薄膜電池和以GaAs疊層電池為代表的第三代太陽能電池。光伏市場主要以第一代和第二代電池為主。然而,晶硅電池成本較高,且由于硅材料本身性質的限制,其光電轉換效率很難再有提高,薄膜電池本身效率偏低,投資成本較高,因此,開發(fā)高效低成本的第三代太陽能電池不僅必要而且迫切。目前GaAs基系高效多結疊層太陽電池主要采用三結或四結疊層結構。GaInP/Ga(In)As/Ge三結太陽電池的理論效率值在AM(大氣質量)01sun條件下為35%,GaInP/Ga(In)As/GaInNAs/Ge四結電池在AM(大氣質量)01sun的條件下理論轉換效率值高達41%以上,可見存在巨大潛在優(yōu)勢。GaAs疊層電池的GaInNAs子電池適宜生長溫度較低,但MOCVD技術在低溫環(huán)境下生長出來的子電池表面缺陷和雜質比較嚴重;通過提高溫度可以改善GaInNAs子電池表面,但隨環(huán)境溫度升高,GaInNAs子電池氮元素摻雜難度將變大,氮源利用率極低。
技術實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺點,提出一種MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法,可有效降低高溫生長GaInNAs子電池時氮元素的摻雜難度,從而生長出高質量的GaInNAs子電池。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所提供的技術方案為:MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的方法,在MOCVD高溫生長GaAs疊層電池的GaInNAs子電池時,通過載氣的快速切換,能夠降低高溫生長GaInNAs子電池時氮元素的摻雜難度,從而生長出所需的高質量GaInNAs子電池,而載氣的快速切換則由互鎖裝置完成;此外,生長GaInNAs子電池前后需生長隧道結GaAs/AlGaAs,而生長GaInNAs子電池前后的隧道結GaAs/AlGaAs使用的載氣為H2,生長GaInNAs子電池使用的載氣為N2,GaInNAs子電池摻雜氮源為二甲基肼;其包括以下步驟:1)生長GaInNAs子電池前,載氣為H2,生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池,H2流量為80-90L/min,生長溫度為540-550℃,生長壓力為30Torr,隧道結GaAs/AlGaAs的生長厚度為24-26nm,生長時間為90s;2)生長GaInNAs子電池時,載氣快速切換為N2,載氣通過互鎖裝置自動快速切換,N2的流量為2.8-3L/min,生長溫度為590-600℃,生長壓力為39Torr,GaInNAs子電池的生長厚度為0.98-1um,生長時間為30min;3)生長GaInNAs子電池后,載氣快速切換為H2,生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池,H2流量為80-90L/min,生長溫度為540-550℃,生長壓力為30Torr,隧道結GaAs/AlGaAs的生長厚度為24-26nm,生長時間為90s。H2的純度即體積百分數(shù)大于99.99999%,N2的純度即體積百分數(shù)大于99.999%。氮氣和氫氣的進氣管路安裝互鎖裝置,互鎖裝置的開啟由生長程序自動控制,當生長GaInNAs子電池時,生長程序輸出信號給PLC,PLC控制互鎖裝置,載氣通過互鎖裝置自動快速切換。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,具有如下優(yōu)點與有益效果:通過將氫氣和氮氣按照需求進行快速切換,具體是在生長GaInNAs子電池過程中,通過將載氣由氫氣換成氮氣的措施,可以很好地降低在高溫環(huán)境二甲基肼?lián)诫s源氮元素的摻雜難度,明顯減少生長GaInNAs子電池高溫環(huán)境對慘氮元素的不良影響;GaInNAs子電池半高寬變窄,生長質量變好,從而生長出高質量的GaInNAs子電池,最終提高GaAs疊層電池的整體性能。附圖說明圖1為MOCVD高溫生長高質量GaInNAs子電池的結構示意圖。圖2為GaAs基四結電池結構示意圖。具體實施方式下面結合兩個具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1原材料準備如下:Ga源:三甲基稼(TMGa),飽和蒸汽壓113.64Torr;In源:三甲基銦(TMIn),飽和蒸汽壓2.58Torr;C源:四溴化碳(CBr4),飽和蒸汽壓0.82Torr;Te源:三乙基碲(DeTe),飽和蒸汽壓9.33Torr;N源:二甲基阱(DMHy),飽和蒸汽壓165.9Torr;氮氣(N2)純度:純度及體積百分數(shù)大于99.999%;氫氣(H2)純度:純度及體積百分數(shù)大于99.99999%;砷烷(AsH3)純度:純度及體積百分數(shù)大于99.9999%;硅烷(Si2H6)純度:純度及體積百分數(shù)大于99.9999%;將上述不同原材料按照設定程序進入MOCVD反應腔,進行GaAs基四結電池的GaInNAs子電池的高溫生長,具體步驟如下:1)在生長GaInNAs子電池前,載氣為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池,此隧道結生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃,氫氣使用量為90L/min,生長時間為90s。2)當生長GaInNAs子電池時,載氣快速切換為氮氣,使用量為3L/min,生長壓力為39Torr,GaInNAs子電池的生長厚度為1um,生長溫度為600℃,生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后,載氣快速切換為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池,此隧道生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃,氫氣使用量為90L/min,生長時間為90s。如圖1所示,本實施例的氮氣和氫氣的進氣管路安裝有互鎖裝置,而互鎖裝置的開啟則由生長程序自動控制,當生長GaInNAs子電池時,生長程序輸出信號給PLC,PLC控制互鎖裝置,載氣通過互鎖裝置實現(xiàn)自動快速切換。實施例21)在生長GaInNAs子電池前,載氣為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池,此隧道結生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃,氫氣使用量為80L/min,生長時間為90s。2)當生長GaInNAs子電池時,載氣快速切換為氮氣,使用量為2.8L/min。生長GaInNAs子電池時,生長壓力為39Torr,厚度為0.98um,生長溫度為590℃,生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后,載氣快速切換為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池,此隧道生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃,氫氣使用量為80L/min,生長時間為90s。實施例31)在生長GaInNAs子電池前,載氣為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池,此隧道結生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃,氫氣使用量為90L/min,生長時間為90s。2)當生長GaInNAs子電池時,載氣為氫氣,使用量為3L/min。生長GaInNAs子電池時,生長壓力為39Torr,厚度為1um,生長溫度為600℃,生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后,載氣為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池,此隧道生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃,氫氣使用量為90L/min,生長時間為90s。實施例41)在生長GaInNAs子電池前,載氣為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池,此隧道結生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃,氫氣使用量為80L/min,生長時間為90s。2)當生長GaInNAs子電池時,載氣為氫氣,使用量為2.8L/min。生長GaInNAs子電池時,生長壓力為39Torr,厚度為0.98um,生長溫度為590℃,生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后,載氣為氫氣,需生長一層隧道結GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池,此隧道生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃,氫氣使用量為80L/min,生長時間為90s。實施結果從下表1所示的測試結果可以得到以下結論:通過測試結果可以看出,相比于實施例3和實施例4(沒有使用載氣快速切換生長GaInNAs子電池),實施例1和實施例2(使用載氣快速切換生長GaInNAs子電池),PL中心波長變大,GaInNAs禁帶寬度變窄,證明摻入的氮元素變多;半高寬可以反映晶體的質量,數(shù)值越小,說明生長質量越好,因此可以看出使用載氣快速切換生長GaInNAs子電池材料質量更好,最終能提高GaAs基四結電池的整體性能,該GaAs基四結電池的結構具體見附圖2。表1:GaInNAs子電池性能測試結果以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例,并非以此限制本發(fā)明的實施范圍,故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化,均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。