通過(guò)不同的沉積技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件中的多結(jié)的制作方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體器件，以使用MOCVD和MBE的混合沉積策略為基礎(chǔ)形成該半導(dǎo)體器件，具體地為太陽(yáng)能電池（450），以便提供晶格匹配半導(dǎo)體化合物（452，453，454）。為此，可以應(yīng)用MBE以提供含氮半導(dǎo)體化合物（453），允許期望的低能隙和關(guān)于砷化鎵襯底的晶格匹配結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】通過(guò)不同的沉積技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件中的多結(jié)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括以設(shè)置成大體上的晶格匹配結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體化合物為基礎(chǔ)形成的多個(gè)pn結(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)去的50年中，半導(dǎo)體產(chǎn)品以硅為基礎(chǔ)制造，從而提供集成電路、片上系統(tǒng)(SoC)、存儲(chǔ)設(shè)備、光電器件(比如，激光器、光電二極管)以及太陽(yáng)能電池(由于經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境問(wèn)題，被認(rèn)為以本地和全球的方式在未來(lái)能源管理中起到非常重要的作用)。由于關(guān)于運(yùn)行速度、封裝密度以及產(chǎn)品成本方面的不斷增加的需求，在過(guò)去的幾十年里，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了非常有效的制造技術(shù)，具體地關(guān)于處理娃以及相關(guān)材料方面。
[0003]盡管由于硅的幾乎無(wú)限的可用性以及多個(gè)完善的工藝技術(shù)和工藝工具，硅優(yōu)選地用于許多生產(chǎn)環(huán)境中，然而，對(duì)于為了滿足特定需要(例如關(guān)于運(yùn)行速度、光學(xué)性能等)而特定設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體材料的需求增加。例如，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中一個(gè)極為迅速發(fā)展的領(lǐng)域是光電器件(比如，傳感器等)的制造，該光電器件可以單片集成到半導(dǎo)體器件。例如，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中，重要性日益增加的光電二極管的一個(gè)應(yīng)用是太陽(yáng)能電池的制造，太陽(yáng)能電池可以理解為特定設(shè)計(jì)的光電二極管以便從光電二極管獲得依賴于輻射的輸出功率。典型地，在太陽(yáng)能電池中，提供作用為內(nèi)部電場(chǎng)源的至少一個(gè)pn結(jié)，從而允許通過(guò)吸收入射光子而產(chǎn)生的電子/空穴對(duì)分離?；旧?，光學(xué)性能(即，光子轉(zhuǎn)換成電子/空穴對(duì))取決于使用的半導(dǎo)體材料的能隙。例如，晶體硅材料通常具有1.1eV的能隙，從而允許吸收可見(jiàn)光，然而，導(dǎo)致硅材料對(duì)于紅外線區(qū)域中的較長(zhǎng)波長(zhǎng)基本透明。而且，由于在晶體硅中光的吸收隨著材料的厚度僅慢慢增加，所以需要相對(duì)厚的晶體材料，例如在數(shù)百微米的范圍內(nèi)，從而需要相當(dāng)數(shù)量的硅材料以制造晶體太陽(yáng)能電池。而且，由于特定能隙，由晶體硅材料制成的太陽(yáng)能電池的理論和實(shí)際整體效率是非常有限的，例如由于即使波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域之上的光子可以吸收到硅材料中，吸收的較高能量光子的“多余”能量也轉(zhuǎn)換成熱量。因此，由于由晶體硅制成的硅太陽(yáng)能電池的輸出功率的相當(dāng)大的溫度依賴性，相當(dāng)部分的輻射(盡管被有效吸收在硅材料中)不貢獻(xiàn)輸出功率并且甚至降低整體效率。
[0004]由于這些原因，已經(jīng)提議使用特定設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體材料以便適當(dāng)?shù)厥鼓芟哆m應(yīng)于入射輻射的光譜。通常因?yàn)閱蝹€(gè)pn結(jié)由于最小波長(zhǎng)和余熱發(fā)電之間的妥協(xié)而遭受效率減少，所以引入串接結(jié)或多個(gè)結(jié)半導(dǎo)體器件的概念，其中Pn結(jié)設(shè)置在具有第一能隙的半導(dǎo)體材料中，然而，至少另一個(gè)pn結(jié)實(shí)施在具有第二能隙的半導(dǎo)體材料中，以便覆蓋可以有效轉(zhuǎn)換成電子/空穴對(duì)的較寬范圍的入射輻射。
[0005]例如，已證明II1-V半導(dǎo)體化合物為高效材料，這可以允許適當(dāng)?shù)哪芟豆こ?，同時(shí)，可以使用完善的有效材料沉積技術(shù)以使不同的半導(dǎo)體材料形成為堆疊的層結(jié)構(gòu)。具體地，砷化鎵(GaAs)是半導(dǎo)體化合物，允許與其他種類(比如，磷、銦、鋁等)混合，以形成化合物半導(dǎo)體層，其中，能隙可以從大約2eV調(diào)整到IeV甚至更少。而且，砷化鎵可以以大體上的晶格匹配結(jié)構(gòu)沉積在完善的半導(dǎo)體材料(比如，鍺)上，從而減少在襯底與砷化鎵半導(dǎo)體材料之間的界面處的晶格缺陷的數(shù)量。在推進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的過(guò)程中，已經(jīng)建立高效的生長(zhǎng)技術(shù)，其中，使用基于化學(xué)氣相沉積(CVD)的概念，其中，選擇工藝參數(shù)使得材料的生長(zhǎng)可以大體上以下層的“板”材料的晶格結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)而發(fā)生。因此，當(dāng)使用晶體板材料時(shí)，隨后生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料也設(shè)置成與板材料相比具有大體上相同的晶格類型和尺寸的晶體結(jié)構(gòu)。在這種情況下，在下文中，相應(yīng)的沉積工藝將指的是外延生長(zhǎng)工藝，其中，術(shù)語(yǔ)晶格匹配可以因此對(duì)應(yīng)于如下事實(shí):生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料關(guān)于下層的板材料具有晶格常數(shù)偏離5%或更少的晶格。
[0006]在一些外延生長(zhǎng)技術(shù)中，用于其他半導(dǎo)體化合物的原子種類通常設(shè)置成蒸發(fā)并應(yīng)用在氣體環(huán)境中的金屬有機(jī)前體材料的形式。通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂乒に噮?shù)，具有期望材料組成的半導(dǎo)體化合物的可控厚度可以以中等生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)。另一個(gè)完善的外延技術(shù)是分子束外延(MBE)，其中，分子在高度真空條件下導(dǎo)向襯底表面，從而開(kāi)始半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)。通過(guò)控制各種分子源和通過(guò)控制分子束本身，可以形成厚度為幾個(gè)原子層、兩個(gè)幾百納米或更多的高度復(fù)雜的半導(dǎo)體化合物。通常，這些外延生長(zhǎng)技術(shù)用于制造復(fù)雜的半導(dǎo)體器件，具體地例如太陽(yáng)能電池，其中，具有適當(dāng)設(shè)計(jì)的能隙的兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層以沉積工藝的順序形成。
[0007]已經(jīng)承認(rèn)，具體地，為了獲得非常高的整體轉(zhuǎn)換效率，能隙在0.9到1.3eV范圍內(nèi)的至少一種半導(dǎo)體材料與能隙在2.0到1.5eV范圍內(nèi)的一種或多種另外的半導(dǎo)體材料混合的設(shè)置是非常有效的。例如，已經(jīng)報(bào)告基于砷化鎵的三結(jié)太陽(yáng)能電池在暴露于密集的太陽(yáng)能輻射時(shí)具有多于40%的總體效率。這種高效太陽(yáng)能電池已經(jīng)通過(guò)實(shí)施能隙大約為L(zhǎng)OeV的底部子單元而制造，從而允許輻射在近紅外范圍內(nèi)有效轉(zhuǎn)換。在一些方法中，三元的基于鎵的半導(dǎo)體材料用于底部子單元，底部子單元設(shè)置為與能隙分別為1.4和1.9eV的剩余兩個(gè)基于鎵的子單元相比的晶格不匹配層。半導(dǎo)體層已經(jīng)以金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)為基礎(chǔ)而生長(zhǎng)，其中，中等厚度的漸變緩沖層已經(jīng)設(shè)置在中間子單元與底部晶格不匹配半導(dǎo)體層之間，以便減少晶格缺陷的數(shù)目，晶格缺陷通常與半導(dǎo)體材料的晶格不匹配生長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)。
[0008]在其他策略中，已經(jīng)承認(rèn)，在0.9到1.35eV范圍內(nèi)的有效能隙工程可以通過(guò)將氮混合到基于鎵的半導(dǎo)體材料中來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于鎵的半導(dǎo)體材料比如GaInNAs和GaInNAsSb,其中，晶格匹配結(jié)構(gòu)也可以關(guān)于其他的基于鎵的半導(dǎo)體材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，為此，為了混合晶格匹配結(jié)構(gòu)和期望的能隙，精確控制氮在半導(dǎo)體化合物中的含量是必要的。在復(fù)雜分子束外延技術(shù)中，當(dāng)沉積半導(dǎo)體材料時(shí)偏置偏轉(zhuǎn)板通常用于適當(dāng)?shù)乜刂频??；谠摳拍?，為了提供?dāng)暴露于密集的太陽(yáng)能輻射時(shí)具有高效的太陽(yáng)能電池，適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體層堆疊已經(jīng)通過(guò)MBE而形成。
[0009]盡管用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的MBE生產(chǎn)的半導(dǎo)體層堆疊提供高的效率，但是當(dāng)使用MBE工藝時(shí)整體生產(chǎn)成本極其高并且大量生產(chǎn)技術(shù)的工藝魯棒性至少是非常有問(wèn)題的。另一方面，精確控制在基于鎵的半導(dǎo)體層中的氮含量在MOCVD技術(shù)中是非常難以實(shí)現(xiàn)的，從而提出當(dāng)對(duì)于形成復(fù)雜半導(dǎo)體器件(比如，具有優(yōu)異效率的太陽(yáng)能電池)的吸引力下降時(shí)使用稀釋的氮基于鎵的半導(dǎo)體層的概念，具體地由于對(duì)應(yīng)的MBE工藝工具需要增加的維修并且通常展現(xiàn)減少的可用性，例如與MOCVD工藝工具相比。另一方面，用于以晶格不匹配基于鎵的半導(dǎo)體層為基礎(chǔ)提供低能隙的傳統(tǒng)方法，需要復(fù)雜的MOCVD工藝，例如由于需要適當(dāng)?shù)木彌_層，這涉及用于提供具有需要厚度的漸變半導(dǎo)體材料的非常復(fù)雜的工藝控制。因此，在該情況下，不得不面對(duì)適度長(zhǎng)的處理時(shí)間和因此而增加的生產(chǎn)成本。
[0010]因此本發(fā)明的目的是提供制造技術(shù)和半導(dǎo)體器件，其中，多個(gè)pn結(jié)(S卩，具有形成在其中的相應(yīng)pn結(jié)的半導(dǎo)體層)可以以化合物半導(dǎo)體材料(比如，砷化鎵)為基礎(chǔ)而設(shè)置，具體地用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用，同時(shí)避免或至少減少上面提到的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]總體上，本發(fā)明通過(guò)提供半導(dǎo)體器件(具體地，太陽(yáng)能電池)以及制造技術(shù)解決上述認(rèn)定的目標(biāo)，在制造技術(shù)中，關(guān)鍵半導(dǎo)體層和因此的半導(dǎo)體器件的PU結(jié)可以以MBE技術(shù)為基礎(chǔ)而形成，例如通過(guò)以晶格匹配方式形成含氮化合物半導(dǎo)體材料，同時(shí)其他半導(dǎo)體化合物以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)而形成，從而提供整體工藝魯棒性和效率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供在半導(dǎo)體器件中形成多個(gè)pn結(jié)的方法。該方法包括執(zhí)行化學(xué)氣相沉積工藝以便形成包括半導(dǎo)體器件的第一 Pn結(jié)的第一晶體半導(dǎo)體層。該方法進(jìn)一步包括執(zhí)行分子束外延工藝以便形成稀釋的氮半導(dǎo)體材料作為包括半導(dǎo)體器件的第二 pn結(jié)的第二晶體半導(dǎo)體層。
[0013]如上面所討論的，分子離子束外延是用于提供含氮半導(dǎo)體化合物的適當(dāng)?shù)耐庋蛹夹g(shù)，使得氮含量可以有利地可靠并精確控制，從而能夠精確調(diào)整能隙同時(shí)也能夠制造晶格匹配化合物半導(dǎo)體材料。
[0014]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括通過(guò)執(zhí)行至少另一個(gè)化學(xué)氣相沉積工藝而形成至少另一個(gè)晶體半導(dǎo)體材料，其中，所述至少另一個(gè)晶體半導(dǎo)體層包括另一個(gè)pn結(jié)。因此，多個(gè)pn結(jié)設(shè)置在半導(dǎo)體器件中，其中，大多數(shù)半導(dǎo)體層以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)而形成，從而在以晶格匹配方式形成半導(dǎo)體化合物時(shí)獲得優(yōu)異的工藝統(tǒng)一性和生產(chǎn)量。
[0015]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，方法進(jìn)一步包括提供襯底并且在所述襯底之上形成所述第一晶體半導(dǎo)體層和第二晶體半導(dǎo)體層。在該實(shí)施方案中，相同的襯底材料用于順序執(zhí)行CVD工藝和MBE工藝，從而避免用于組合可以以不同的襯底為基礎(chǔ)制造的半導(dǎo)體層的另外的工藝技術(shù)。
[0016]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，每個(gè)半導(dǎo)體層在襯底之上形成。因此，應(yīng)用如下工藝順序，在工藝順序中，在相同的襯底之上以順序方式形成器件的任何半導(dǎo)體化合物，提供產(chǎn)生的半導(dǎo)體層的堆疊的整體的減少的厚度，由于任何中間材料層可以設(shè)置有良好可控的并且減少的厚度，例如與襯底鍵合技術(shù)等相比。
[0017]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層形成為堆疊層結(jié)構(gòu)的部分。以這種方式，提供特別高效的半導(dǎo)體器件(比如，太陽(yáng)能電池)，由于適當(dāng)?shù)剡m合的能隙的半導(dǎo)體層可以設(shè)置在堆疊層結(jié)構(gòu)中，以便獲得高的整體輻射吸收程度和因此增加的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)能夠有效地串行連接各PU結(jié)。而且，堆疊層結(jié)構(gòu)的各子單元可以適當(dāng)?shù)乇舜诉m合，以便在響應(yīng)于外部光學(xué)輻射時(shí)提供大體上相同的電流，從而也提供優(yōu)異的整體效率。
[0018]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，在形成第二半導(dǎo)體層之前形成第一半導(dǎo)體層。在這種情況下，可以以順序方式形成第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，然而，其中，在以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)提供第一半導(dǎo)體層之后執(zhí)行MBE工藝，使得可以基本上避免不利影響(比如，氮擴(kuò)散等)，例如由于CVD工藝的高溫需求可以不影響之后沉積的稀釋的氮半導(dǎo)體化合物。在一些示例性實(shí)施方案中，如果含氮半導(dǎo)體化合物暴露于CVD大氣被認(rèn)為是不適當(dāng)?shù)模瑒t可能不得不以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)置的任何另外的半導(dǎo)體化合物可以形成在單獨(dú)的襯底上并且可以通過(guò)襯底鍵合等鍵合到稀釋的氮半導(dǎo)體化合物等。
[0019]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，方法進(jìn)一步包括提供第一襯底和第二襯底,在第一襯底之上形成第一半導(dǎo)體層并且在第二襯底之上形成第二半導(dǎo)體并且將第一襯底和第二襯底鍵合。因此，通過(guò)對(duì)于第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層提供單獨(dú)的襯底，具體地可以基本上避免在含氮半導(dǎo)體化合物上的任何負(fù)面影響，例如增加的溫度的影響。而且，適當(dāng)?shù)囊r底材料(比如，砷化鎵、鍺)或者甚至特定設(shè)計(jì)的襯底(比如，在藍(lán)寶石上的鍺或者在藍(lán)寶石上的GaAs等)可以有效用于CVD工藝和MBE工藝中，從而處理整體工藝靈活性。而且，通過(guò)提供不同的襯底，在整體工藝流程中可以實(shí)施某種程度的并行處理，這在增加整體生產(chǎn)量和總體上實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的靈活性并因此在給定制造環(huán)境中安排整體工藝流程的效率方面是有利的。
[0020]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，在形成第二半導(dǎo)體層之前在第二襯底之上形成至少另一個(gè)半導(dǎo)體層中的一個(gè)或多個(gè)。在該實(shí)施方案中，當(dāng)形成多個(gè)半導(dǎo)體化合物時(shí)可以建立串行處理和并行處理的“混合”，其中，然而，可以基本上避免在含氮半導(dǎo)體化合物上的CVD工藝的不利影響。即，通常CVD工藝大氣可以對(duì)于以前形成的含氮半導(dǎo)體化合物具有負(fù)面影響，例如在氮擴(kuò)散等方面，同時(shí)在另一方面，可以以任何以前CVD沉積的半導(dǎo)體化合物為基礎(chǔ)執(zhí)行MBE工藝，該半導(dǎo)體化合物基本上沒(méi)有任何負(fù)面缺陷。因此，可以以工藝策略為基礎(chǔ)在第一襯底和第二襯底之上設(shè)置多個(gè)CVD層，工藝策略能夠?qū)BE半導(dǎo)體化合物形成為“最后”外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料，以便避免與CVD工藝大氣的任何不當(dāng)?shù)南嗷ビ绊?。此后，在第一襯底和第二襯底之上設(shè)置的各半導(dǎo)體層可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(比如，襯底鍵合等)進(jìn)行組合。
[0021]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，方法進(jìn)一步包括提供另一個(gè)襯底并且在所述另一個(gè)襯底之上形成至少另一個(gè)半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)。即，如果待設(shè)置多個(gè)半導(dǎo)體化合物，則可以使用三個(gè)或多個(gè)不同的襯底，以便提高組合各層時(shí)的整體靈活性，同時(shí)，保證制造流程的高度并行性，同時(shí)可以避免CVD工藝和MBE工藝的任何負(fù)面影響。例如，在示例性實(shí)施方案中，可以在專用襯底上設(shè)置稀釋的氮半導(dǎo)體化合物，以便避免在MBE工藝之前和之后沉積CVD材料。在這種情況下，可以從任何CVD相關(guān)工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)MBE工藝的最大“去耦”。而且，當(dāng)最終組成產(chǎn)生的層堆疊時(shí)可以獲得高度靈活性，其中，MBE半導(dǎo)體化合物在整個(gè)層堆疊中可以位于任何適當(dāng)?shù)母叨人?，然而，同時(shí)避免與CVD工藝大氣的任何不當(dāng)?shù)南嗷ビ绊?，如上面所討論的?br> [0022]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層形成為II1-V半導(dǎo)體化合物。因此，如前面所說(shuō)明的，這些半導(dǎo)體層可以有效用于太陽(yáng)能電池，以便適當(dāng)?shù)靥峁┒鄠€(gè)不同的能隙，以便提高太陽(yáng)能電池的整體效率。而且，可以以II1-V材料的形式提供三個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體化合物，其中，氮稀釋的半導(dǎo)體化合物可以能夠提供能隙大約0.9到1.35eV的能隙，同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)任何半導(dǎo)體化合物的晶格匹配結(jié)構(gòu)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，其包括第一半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層包括在襯底之上形成的第一 Pn結(jié)。半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層包括在第一半導(dǎo)體層之上形成的第二 pn結(jié)，其中，第二半導(dǎo)體層包括稀釋的氮II1-V半導(dǎo)體化合物。而且，半導(dǎo)體器件包括第三半導(dǎo)體層，該第三半導(dǎo)體層包括在襯底之上形成的第三pn結(jié)，其中，第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層設(shè)置為晶格匹配半導(dǎo)體層。
[0024]如上面所討論的，半導(dǎo)體材料設(shè)置為包括含氮II1-V半導(dǎo)體化合物的晶格匹配化合物，從而能夠有效調(diào)整能隙，甚至在基于含氮化合物的低于1.3eV的范圍內(nèi)，同時(shí)總體上可以減少晶格缺陷的數(shù)量。
[0025]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，設(shè)置第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層而沒(méi)有任何中間應(yīng)力緩沖材料，從而保證非常緊湊的堆疊結(jié)構(gòu)，堆疊結(jié)構(gòu)以減少(與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件相比)的整體工藝時(shí)間為基礎(chǔ)而進(jìn)行設(shè)置，在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件中，通常具有減少的能隙的半導(dǎo)體材料可以需要晶格不匹配結(jié)構(gòu)。因此，在這些傳統(tǒng)的器件中，通常需要適當(dāng)?shù)暮穸鹊膽?yīng)力緩沖層，以便減少整體晶格缺陷。
[0026]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括在第三半導(dǎo)體層之上形成的至少另一個(gè)晶格匹配半導(dǎo)體層。因此，甚至可以提供具有四個(gè)或多個(gè)pn結(jié)的非常復(fù)雜的半導(dǎo)體器件，其中，每個(gè)半導(dǎo)體層制造為晶格匹配半導(dǎo)體材料，其中，在這種情況下，也可以通過(guò)應(yīng)用上述工藝技術(shù)避免任何中間應(yīng)力緩沖層。
[0027]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，半導(dǎo)體器件是太陽(yáng)能電池。因此，如上面所討論的，可以應(yīng)用適當(dāng)?shù)哪芟豆こ桃员阃ㄟ^(guò)具體使用含氮半導(dǎo)體化合物適應(yīng)于覆蓋太陽(yáng)能輻射的光譜提高整體轉(zhuǎn)換效率。以這種方式，具體地，可以以高效的整體堆疊結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)而形成對(duì)于密集太陽(yáng)能輻射的太陽(yáng)能電池，其中，可以通過(guò)使用上述工藝技術(shù)完成優(yōu)異的工藝魯棒性和效率。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，通過(guò)形成太陽(yáng)能電池的方法解決目標(biāo)。方法包括通過(guò)執(zhí)行包括分子束外延工藝的第一工藝順序而在太陽(yáng)能電池的襯底之上形成第一半導(dǎo)體層。方法進(jìn)一步包括通過(guò)執(zhí)行包括化學(xué)氣相沉積工藝的第二工藝順序而在襯底之上形成第二半導(dǎo)體層，其中，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層是晶格匹配的。
[0029]在本發(fā)明的該方面中，以混合工藝策略為基礎(chǔ)制造太陽(yáng)能電池，在混合工藝策略中，CVD技術(shù)和分子束外延用于提供至少兩個(gè)不同的半導(dǎo)體層。如上面所討論的，優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層以含氮半導(dǎo)體化合物為基礎(chǔ)形成，含氮半導(dǎo)體化合物可以以MBE技術(shù)為基礎(chǔ)而有效形成以便提供期望的能隙而不需要復(fù)雜的應(yīng)力緩沖層，然而，同時(shí)由于晶格匹配結(jié)構(gòu)提供減少的晶格缺陷的數(shù)目。
[0030]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第一工藝順序和第二工藝順序中的至少一個(gè)包括提供各自的輔助襯底以便在各自的輔助襯底之上形成各自的半導(dǎo)體層以及將各自的輔助襯底鍵合到襯底。因此，在該工藝策略中，第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層可以以不同的襯底為基礎(chǔ)而形成，從而在組織并安排整個(gè)工藝流程中提供高度靈活性，同時(shí)減少在兩個(gè)不同工藝技術(shù)之間的任何的相互影響。另一方面，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)劓I合不同襯底材料或半導(dǎo)體層而獲得任何期望順序的半導(dǎo)體層。在一些情況下，可以以適當(dāng)?shù)捻樞蛟谝r底之上應(yīng)用半導(dǎo)體層和任何另外的材料，以便提供適應(yīng)于之后的鍵合順序的“相反的”結(jié)構(gòu)，以便將半導(dǎo)體材料直接附接到層或襯底材料。
[0031]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，形成第一半導(dǎo)體層以便具有在0.9eV到1.3eV范圍內(nèi)的能隙。因此，關(guān)于第一半導(dǎo)體層的能隙適當(dāng)?shù)剡x擇第一半導(dǎo)體層，以便提供整體的優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率，具體地實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的晶體質(zhì)量。而且，工藝策略能夠在對(duì)于太陽(yáng)能電池應(yīng)用提供適當(dāng)?shù)哪芟兜亩鄠€(gè)半導(dǎo)體層時(shí)實(shí)現(xiàn)減少的整體工藝時(shí)間和優(yōu)異的靈活性，從而有助于以II1-V半導(dǎo)體化合物為基礎(chǔ)形成的太陽(yáng)能電池的競(jìng)爭(zhēng)力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]當(dāng)參考附圖時(shí)，根據(jù)下面的描述，本發(fā)明的上述實(shí)施方案和進(jìn)一步的特定實(shí)施方案將變得更加明顯，在附圖中:
[0033]圖1a示意性地示出工藝環(huán)境，包括用于以MOCVD為基礎(chǔ)外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料的CVD工藝工具以及用于形成晶格匹配半導(dǎo)體化合物(比如，稀釋的氮II1-V半導(dǎo)體化合物)的分子束外延工藝工具，
[0034]圖1b示意性地示出根據(jù)示例性實(shí)施方案的制造順序的各個(gè)步驟，其中，圖1a的環(huán)境用于在常用襯底之上提供堆疊結(jié)構(gòu)的多個(gè)半導(dǎo)體化合物，
[0035]圖2示意性地示出根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施方案的工藝流程，其中，CVD外延工藝和MBE工藝以常用襯底為基礎(chǔ)而執(zhí)行，同時(shí)仍然避免CVD工藝在MBE工藝上的不當(dāng)?shù)呢?fù)面影響，同時(shí)另外的半導(dǎo)體化合物可以以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)形成在單獨(dú)的襯底之上，
[0036]圖3示意性地示出根據(jù)示例性實(shí)施方案的工藝流程，其中，半導(dǎo)體化合物以兩個(gè)或多個(gè)專用襯底為基礎(chǔ)而形成，同時(shí)MBE層以單獨(dú)的襯底為基礎(chǔ)而被處理，以及
[0037]圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件(比如，太陽(yáng)能電池)的橫截面圖，半導(dǎo)體器件包括堆疊結(jié)構(gòu)的三個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體化合物并且使用上述工藝技術(shù)設(shè)置成晶格匹配結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1a示意性地示出適于制造半導(dǎo)體器件(比如，太陽(yáng)能電池等)的制造環(huán)境100。除了任何其他的工藝工具(未示出)之外，環(huán)境100包括為了能夠外延沉積半導(dǎo)體材料(t匕如，II1-V半導(dǎo)體化合物，I1-VI半導(dǎo)體化合物等)而適當(dāng)配置的至少一個(gè)或多個(gè)CVD工具110。如上所述，通常當(dāng)形成晶體半導(dǎo)體化合物材料時(shí)，前體可以設(shè)置成金屬有機(jī)前體材料的形式，其中，選擇適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，使得在工具110中建立期望的氣體環(huán)境，從而能夠在適當(dāng)?shù)陌宀牧匣蛞r底上外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料。
[0039]而且，制造環(huán)境100進(jìn)一步包括如上所述適于執(zhí)行分子束外延工藝的一個(gè)或多個(gè)工藝工具130。具體地，需要的高度真空環(huán)境可以建立在工藝工具130中，同時(shí)也如前面所解釋的，可以提供另外的零件以允許精確控制待混合在所考慮的半導(dǎo)體化合物中的各種原子種類。具體地，工具130適當(dāng)?shù)嘏渲贸煽刂苹旌系桨雽?dǎo)體化合物的氮種類，例如以偏置偏轉(zhuǎn)板等為基礎(chǔ)，從而能夠外延生長(zhǎng)稀釋的氮半導(dǎo)體化合物，這對(duì)于能夠在砷化鎵襯底上晶格匹配生長(zhǎng)是已知的并且提供0.9到1.35eV范圍內(nèi)的能隙。
[0040]而且，在一些示例性實(shí)施方案中，工藝工具110和130，必須以相當(dāng)不同的壓力條件為基礎(chǔ)而進(jìn)行操作，或者通過(guò)能夠交換襯底而沒(méi)有不當(dāng)暴露于制造環(huán)境100的環(huán)境大氣的傳輸機(jī)構(gòu)120而有效地連接。例如，傳輸機(jī)構(gòu)120可以以組合設(shè)備工具進(jìn)行實(shí)施，從而使得需要的傳輸活動(dòng)最少。然而，應(yīng)當(dāng)理解，工藝工具110，130可以表示單獨(dú)的工藝工具，其中，襯底的傳輸可以以機(jī)構(gòu)120為基礎(chǔ)而建立，機(jī)構(gòu)120包括以適當(dāng)?shù)膫鬏斎萜鳛榛A(chǔ)的手動(dòng)或自動(dòng)傳輸系統(tǒng)。[0041]圖1b示意性地示出制造工藝順序，其中，包括pn結(jié)的多個(gè)半導(dǎo)體層形成為堆疊層結(jié)構(gòu)，其中，至少多數(shù)的半導(dǎo)體層設(shè)置為具有適當(dāng)選擇的能隙并且具有晶格匹配結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體化合物。為此，可以應(yīng)用圖1a的制造環(huán)境100以便通過(guò)在常用襯底151之上涂覆兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層而形成半導(dǎo)體器件150 (比如，太陽(yáng)能電池)。在示出的實(shí)施方案中，在第一步驟SI中，使用CVD工藝工具110以執(zhí)行外延沉積工藝111以在襯底151之上外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層152，其中，襯底151可以以鍺襯底的形式進(jìn)行提供。如上面所討論的，半導(dǎo)體層152可以以包括pn結(jié)(未示出)的基于砷化鎵的半導(dǎo)體材料或基于鍺的半導(dǎo)體材料的形式進(jìn)行設(shè)置，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，pn結(jié)通常在通過(guò)引入適當(dāng)?shù)腜型和η型摻雜物的沉積工藝111期間形成。而且，如上面所討論的，半導(dǎo)體層152以晶格匹配結(jié)構(gòu)而進(jìn)行設(shè)置，即在材料152和襯底151之間不需要特定應(yīng)力緩沖層。沉積工藝111可以進(jìn)一步包括中間層153的沉積，中間層153可以以隧道結(jié)層的形式而進(jìn)行設(shè)置，以便提供到在后面的制造階段中在襯底151之上待形成的另外的半導(dǎo)體層的光學(xué)或電學(xué)連接。
[0042]在步驟S2中，器件150經(jīng)歷傳輸活動(dòng)121，例如，當(dāng)環(huán)境100以組合設(shè)備工具的形式進(jìn)行設(shè)置時(shí)，以圖1a的傳輸機(jī)構(gòu)120為基礎(chǔ)而可能不需要任何另外的傳輸容器等。
[0043]在步驟S3中，器件150可以在工藝工具或工具130中進(jìn)行處理以便以MBE工藝131為基礎(chǔ)而沉積半導(dǎo)體材料，其中，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，含氮半導(dǎo)體化合物154外延生長(zhǎng)在以前沉積的層153上。如上面所討論的，調(diào)整工具130的工藝參數(shù)和硬件配置，使得精確限定的部分的氮混合到半導(dǎo)體層154中，半導(dǎo)體層154可以另外包括鎵、砷和銦(GalnNAs)，可能與銻(Sb)混合。因此，層154可以以晶格匹配的方式沉積為具有期望的能隙，期望的能隙優(yōu)選地調(diào)整為在0.9到1.35eV的范圍內(nèi)。而且，另一個(gè)中間或過(guò)渡層155可以在外延生長(zhǎng)工藝131期間形成在層154上，以便提供到在半導(dǎo)體器件150中待形成的一個(gè)或多個(gè)另外的半導(dǎo)體層的光學(xué)和電學(xué)連接。在圖1b中不出的工藝策略中，層154和155僅可以表不以MBE生長(zhǎng)工藝為基礎(chǔ)而設(shè)置的半導(dǎo)體材料，同時(shí)應(yīng)該理解，在其他情況下，一個(gè)或多個(gè)另外的半導(dǎo)體層可以以分子束外延為基礎(chǔ)而生長(zhǎng)。
[0044]在步驟S4中，為了將器件150引入用于以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)沉積一個(gè)或多個(gè)另外的半導(dǎo)體層的工藝環(huán)境中，器件150再次經(jīng)歷傳輸活動(dòng)122，例如使用機(jī)構(gòu)120。
[0045]在步驟S5中，器件150暴露于另一個(gè)CVD沉積環(huán)境112，例如在工具110中或在任何其他的CVD工藝工具中建立，以便在以前沉積的層155上形成至少另一個(gè)半導(dǎo)體化合物156。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，如果需要另外的光學(xué)活性半導(dǎo)體材料，則層156可以以砷化鎵半導(dǎo)體材料的形式而進(jìn)行設(shè)置，隨后可能為另外的半導(dǎo)體化合物(例如，InGaP)。之后，可以在沉積工藝112期間設(shè)置另一個(gè)過(guò)渡層。在這種情況下，以兩個(gè)CVD沉積工藝111和112為基礎(chǔ)在器件150中設(shè)置有適當(dāng)能隙的三個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層，同時(shí)以分子束外延為基礎(chǔ)設(shè)置光學(xué)活性區(qū)域154，以便設(shè)置晶格匹配的含氮半導(dǎo)體化合物。
[0046]然而，應(yīng)該理解，可以通過(guò)使用兩種不同的沉積技術(shù)以堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)置任何數(shù)目的半導(dǎo)體化合物，其中，可以根據(jù)為了獲得最佳的吸收和轉(zhuǎn)換效率而需要的能隙來(lái)選擇層的次序。
[0047]參考圖2和圖3，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述另一個(gè)示例性實(shí)施方案，其中，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計(jì)整個(gè)工藝流程中的優(yōu)異的靈活性，具體地，例如當(dāng)在通過(guò)分子束外延實(shí)現(xiàn)的先前外延形成的半導(dǎo)體化合物上通過(guò)CVD技術(shù)再沉積被認(rèn)為不適當(dāng)時(shí)(例如由于某種程度的氮擴(kuò)散O
[0048]圖2示意性地示出制造環(huán)境200，制造環(huán)境200可以包括一個(gè)或多個(gè)CVD工藝工具210、傳輸機(jī)構(gòu)220和一個(gè)或多個(gè)MBE工藝工具230。關(guān)于環(huán)境200的任何硬件配置，可以應(yīng)用如以前參考圖1a和環(huán)境100所討論的相同的標(biāo)準(zhǔn)。
[0049]在環(huán)境200中，可以實(shí)施工藝順序，其中，為了減少CVD沉積大氣與先前通過(guò)MBE生長(zhǎng)而形成的半導(dǎo)體材料的任何相互影響的可能性，避免了在以MBE為基礎(chǔ)形成的含氮半導(dǎo)體化合物上沉積半導(dǎo)體化合物。為此,半導(dǎo)體器件250可以包括適當(dāng)?shù)囊r底251 (比如，鍺襯底等)，然后在CVD工藝環(huán)境210中處理襯底251，以便形成包括pn結(jié)的被另一個(gè)層253跟隨的第一摻雜層252，另一個(gè)層253提供到在襯底251之上待形成的另一個(gè)半導(dǎo)體層的光學(xué)和電學(xué)連接。為此，器件250被傳輸?shù)組BE環(huán)境230，例如使用傳輸機(jī)構(gòu)220，并且以晶格匹配方式形成稀釋的氮半導(dǎo)體化合物254，如上面所討論的。而且，適當(dāng)?shù)闹虚g或過(guò)渡層255以環(huán)境230中的MBE工具為基礎(chǔ)形成，從而完成在器件250中需要的半導(dǎo)體層堆疊的第一部分。即，在該實(shí)施方案中，通過(guò)CVD技術(shù)不形成另外的半導(dǎo)體材料，從而避免MBE生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料直接暴露到CVD沉積大氣。
[0050]而且，為了形成在其上包括pn結(jié)的晶格匹配的摻雜半導(dǎo)體材料262(比如，砷化鎵層等)，同時(shí)或在整個(gè)制造工藝的任何適當(dāng)?shù)碾A段，包括合適襯底261 (比如，砷化鎵襯底)的第二半導(dǎo)體器件260可以在CVD沉積環(huán)境210中進(jìn)行處理。接下來(lái)，為了提供到在層262之上待形成的另外的半導(dǎo)體化合物的光學(xué)和電學(xué)導(dǎo)電性，可以生長(zhǎng)中間或過(guò)渡層263。因此，在另一個(gè)沉積步驟中，適當(dāng)?shù)牟牧?64 (比如，InGaP)與最終的接觸層265組合生長(zhǎng)，最終的接觸層265在整個(gè)層堆疊的最終層仍然待形成時(shí)提供期望的光學(xué)和電學(xué)特性。
[0051]在該階段中， 襯底261在另一個(gè)制造環(huán)境240中進(jìn)行處理以減少襯底261的厚度或通常修整襯底261以去除其一部分，例如如果已經(jīng)使用特定設(shè)計(jì)的襯底。在該情況下，可以重新使用設(shè)計(jì)的襯底的去除的部分，用于在半導(dǎo)體層之上形成任何另一個(gè)半導(dǎo)體器件。類似地，器件250在制造環(huán)境240中進(jìn)行處理，以使襯底251變薄或去除其一部分，去除的部分可以在另一個(gè)工藝順序中重新使用，此后，處理的器件260和250在制造環(huán)境241中進(jìn)行組合，從而形成包括堆疊層結(jié)構(gòu)的完成的器件250，堆疊層結(jié)構(gòu)包括在襯底261之上形成的層262到265以及在襯底251之上形成的層252到255，如上所述，以CVD沉積技術(shù)和MBE沉積技術(shù)的組合為基礎(chǔ)。例如，如在器件260中所示出的，第二襯底261可以用作透明和導(dǎo)電的材料，隨后為半導(dǎo)體層262,..., 265,半導(dǎo)體層262,…，265可以表不用于與中間半導(dǎo)體材料組合而提供Pn結(jié)的摻雜的半導(dǎo)體材料，隨后為InGaP層，例如，也如上面參考圖1b所描述的，隨后為最終的接觸層265。
[0052]應(yīng)該理解，在襯底261之上通過(guò)CVD技術(shù)形成的半導(dǎo)體材料可以因此以允許以襯底261為基礎(chǔ)鍵合器件260的順序形成，然而，在其他情況下，可以設(shè)置相反的結(jié)構(gòu)，其中，器件可以倒置到其他器件的襯底或?qū)舆M(jìn)行鍵合，同時(shí)可以去除襯底261的剩余部分，例如在工藝環(huán)境240中。襯底261的部分的去除可以通過(guò)使用完善的智能剝離技術(shù)來(lái)完成，從而由于去除的襯底部分的重復(fù)利用而提供優(yōu)異的整體工藝效率。
[0053]因此，根據(jù)該實(shí)施方案，包括與最終的InGaP組合的相應(yīng)的pn結(jié)的三個(gè)半導(dǎo)體層可以以混合沉積策略為基礎(chǔ)進(jìn)行提供，其中，避免在通過(guò)MBE生長(zhǎng)的含氮半導(dǎo)體化合物之上沉積CVD材料。[0054]圖3示意性地示出制造環(huán)境300，制造環(huán)境300包括CVD工藝環(huán)境310和MBE工藝環(huán)境330。在該工藝環(huán)境300中，實(shí)施工藝策略，其中，以MBE為基礎(chǔ)形成的半導(dǎo)體化合物至少在專用襯底上進(jìn)行提供，而不以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)在上面提供任何另外的半導(dǎo)體材料。而且，可以以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)在各自的襯底之上形成至少兩個(gè)另外的半導(dǎo)體材料，從而也提供整體工藝流程的優(yōu)異的工藝靈活性和增加的并行性。如所示出的，設(shè)置襯底351 (比如，鍺襯底)用于在環(huán)境310中的第一沉積工藝，以便在上面形成摻雜的半導(dǎo)體層352，隨后為適當(dāng)?shù)闹虚g或過(guò)渡層353。以該方式，以CVD技術(shù)為基礎(chǔ)以晶格匹配方式實(shí)施適當(dāng)?shù)牡谝籶n結(jié)。而且，第二襯底361 (比如，砷化鎵材料)在環(huán)境310中進(jìn)行處理以便提供包括各自的pn結(jié)的一種或多種半導(dǎo)體材料，pn結(jié)必須在以MBE沉積技術(shù)為基礎(chǔ)待形成的另一個(gè)半導(dǎo)體化合物之上，以堆疊結(jié)構(gòu)在后面的制造階段中提供。
[0055]在不出的實(shí)施方案中，生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層362,隨后為過(guò)渡層363。而且,另一種半導(dǎo)體化合物(比如InGaP)設(shè)置為層364，隨后為適當(dāng)?shù)慕佑|層，適當(dāng)?shù)慕佑|層可以表示以晶圓鍵合技術(shù)為基礎(chǔ)在后面的制造階段中待形成的堆疊結(jié)構(gòu)的最后一層。由于提供單個(gè)襯底351和361，堆疊層結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部分可以并行或順序提供，取決于工藝工具的整體可用性等。因此，實(shí)現(xiàn)整體制造工藝的優(yōu)異的安排效率。
[0056]而且，襯底371 (比如，砷化鎵材料)在環(huán)境330中進(jìn)行處理以便在上面形成具有期望能隙和晶格匹配結(jié)構(gòu)的含氮半導(dǎo)體化合物372，如上所述。而且，在層372之上設(shè)置適當(dāng)?shù)闹虚g或過(guò)渡層373。因此，材料372可以以稀釋的氮半導(dǎo)體化合物的形式設(shè)置，而在沉積材料372之前或者在沉積材料372之后均不受任何CVD沉積大氣的影響。
[0057]各個(gè)襯底351、361和371可以在相應(yīng)的工藝環(huán)境340中進(jìn)行處理，以便以智能剝離技術(shù)為基礎(chǔ)執(zhí)行變薄工藝或適當(dāng)?shù)厝コ@些襯底的一部分以允許進(jìn)一步地重新使用這些相應(yīng)的部分。此后，在另一個(gè)工藝環(huán)境341中，襯底351與襯底371組合，從而形成包括作為包括pn結(jié)的第一半導(dǎo)體層的層352的第一中間半導(dǎo)體器件350a，隨后為襯底371，襯底371作為透明和導(dǎo)電的接觸材料。接下來(lái)，含氮半導(dǎo)體化合物372與中間層373組合設(shè)置。在該階段中，中間器件350A可以在另一個(gè)制造環(huán)境342中進(jìn)行處理，以便將器件350a連接到襯底361，襯底361可以至少包括在層362中的pn結(jié)，層362與另一個(gè)半導(dǎo)體材料364和接觸層365組合。
[0058]應(yīng)該理解，還在這種情況下，如果從提高制造順序的整體效率的角度適當(dāng)?shù)乜紤]，則在常用襯底361之上形成的層362和364可以以單獨(dú)的襯底為基礎(chǔ)而進(jìn)行設(shè)置。而且，在襯底351、371和361中的一個(gè)或多個(gè)之上設(shè)置的半導(dǎo)體層可以以相反的結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用，以便允許任何這樣的層的直接鍵合，此后或在鍵合之前可以去除各自的襯底(substrate)或襯底(substrates)的相應(yīng)部分,例如通過(guò)智能剝離技術(shù)。
[0059]圖4以太陽(yáng)能電池的形式示意性地示出半導(dǎo)體器件450的橫截面圖，該太陽(yáng)能電池至少包括三個(gè)子單元452、453、454，具有形成在其中的相應(yīng)的pn結(jié)452p、453p、454p，同時(shí)也可以在各子單元中設(shè)置任何合適中間層或過(guò)渡層，以建立有效的光學(xué)和電學(xué)互連，如上所述。子單元和相應(yīng)的半導(dǎo)體材料在合適襯底451之上設(shè)置為堆疊層結(jié)構(gòu)，從而形成子單元454、453、452的串行連接，以便當(dāng)太陽(yáng)能輻射402C導(dǎo)向太陽(yáng)能電池450時(shí)提供輸出功率。例如，襯底451可以是鍺襯底，在鍺襯底上，子單元452以MOCVD技術(shù)為基礎(chǔ)形成，如以前參考圖2和圖3所討論的。子單元453可以由包括明確限定的氮組分的半導(dǎo)體化合物組成，以便獲得特定能隙并允許整體晶格匹配結(jié)構(gòu)。子單元454因此可以包括通過(guò)MOCVD形成的合適晶格匹配半導(dǎo)體化合物。然而，應(yīng)該理解，可以實(shí)施任何其他順序的MOCVD層和MBE層，取決于太陽(yáng)能電池450的特定光學(xué)和電學(xué)需求。如上面所討論的，通常各子單元具有不同的能隙以便允許對(duì)于輻射402C的入射光譜的高的轉(zhuǎn)換效率。通常，表示器件450的頂部單元的子單元454可以具有最大的能隙，然而子單元452可以具有最低的能隙。由于子單元452，…，454中的任何子單元的半導(dǎo)體材料設(shè)置為晶格匹配層堆疊，因此減少了晶格缺陷的數(shù)量，這轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)化為優(yōu)異的轉(zhuǎn)換效率。因此，由于上述混合沉積策略的應(yīng)用，在器件450中不需要任何中間應(yīng)力緩沖層，從而也與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池相比減少整體工藝復(fù)雜度，在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池中，必須以晶格不匹配結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)置至少一些半導(dǎo)體化合物。
[0060]太陽(yáng)能電池450可以以工藝技術(shù)為基礎(chǔ)而形成，如上面參考圖1到圖3所描述的，即，以混合沉積策略為基礎(chǔ)，在混合沉積策略中，以MBE為基礎(chǔ)至少形成含氮半導(dǎo)體化合物材料，同時(shí)以MOCVD為基礎(chǔ)形成兩種或多種半導(dǎo)體材料。應(yīng)該理解，可以通過(guò)使用上述工藝策略在器件450中實(shí)施任何合適數(shù)目的子單元。例如，太陽(yáng)能電池450可以有利地應(yīng)用于入射太陽(yáng)能輻射402C提供為密集輻射的情況中，其中，聚光元件401暴露于標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能輻射402以便提供強(qiáng)度增加2到幾百倍或更多的輻射。
【權(quán)利要求】
1.一種在半導(dǎo)體器件(150，250，450)中形成多個(gè)pn結(jié)的方法，所述方法包括: 執(zhí)行化學(xué)氣相沉積工藝(111，112)，以便形成包括所述半導(dǎo)體器件(150，250，450)的第一 pn結(jié)(452p)的第一晶體半導(dǎo)體層(152,452),以及 執(zhí)行分子束外延工藝(131)，以便形成稀釋的氮半導(dǎo)體材料(154，254，372)作為包括所述半導(dǎo)體器件的第二 pn結(jié)(453p)的第二晶體半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)執(zhí)行至少另一個(gè)化學(xué)氣相沉積工藝而形成至少另一個(gè)晶體半導(dǎo)體材料(156，262，…265，362，...365，454)，其中，所述至少另一個(gè)晶體半導(dǎo)體層包括另一個(gè)pn結(jié)(454p)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括提供襯底(151)并且在所述襯底之上形成所述第一晶體半導(dǎo)體層和第二晶體半導(dǎo)體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述襯底之上形成每個(gè)半導(dǎo)體層(152，…156)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層(152，154)形成為堆疊層結(jié)構(gòu)的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在形成所述第二半導(dǎo)體層(154)之前，形成所述第一半導(dǎo)體層(152)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括提供第一襯底(351；261)和第二襯底(371;251)，在所述第一襯底(351 ;261)之上形成所述第一半導(dǎo)體層(352 ；262)并且在所述第二襯底(371;251)之上形成所述第二半導(dǎo)體(372;254)，并且通過(guò)執(zhí)行鍵合工藝形成堆疊層結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7與權(quán)利要求2組合所述的方法，其中，在形成所述第二半導(dǎo)體層(254)之前，在所述第二襯底(251)之上形成所述至少另一個(gè)半導(dǎo)體層(252)中的一個(gè)或多個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7與權(quán)利要求2組合所述的方法，進(jìn)一步包括提供另一個(gè)襯底(361)并且在所述另一個(gè)襯底(361)之上形成所述至少另一個(gè)半導(dǎo)體層(362，-,365)中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，至少所述第二半導(dǎo)體層形成為II1-V半導(dǎo)體化合物。
11.一種半導(dǎo)體器件(450)，包括: 第一半導(dǎo)體層(152，252，352，452)，所述第一半導(dǎo)體層(152，252，352，452)包括在襯底(151，251，351，451)之上形成的第一 pn 結(jié)(452p)， 第二半導(dǎo)體層(154，254，373，453)，所述第二半導(dǎo)體層(154，254，373，453)包括在所述第一半導(dǎo)體層(152, 252, 352,452)之上形成的第二 pn結(jié)(453p),所述第二半導(dǎo)體層(154，254，373，453)包括稀釋的氮II1-V半導(dǎo)體化合物，以及 第三半導(dǎo)體層(262，362，454)，所述第三半導(dǎo)體層(262，362，454)包括在所述襯底(151,251,351,451)之上形成的第三pn結(jié)(454p),所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層設(shè)置為晶格匹配半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中，設(shè)置所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層而沒(méi)有中間應(yīng)力緩沖材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在所述第三半導(dǎo)體層之上形成至少另一個(gè)晶格匹配半導(dǎo)體層(156, 264, 364)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是太陽(yáng)能電池。
15.一種形成太陽(yáng)能電池的方法，所述方法包括: 通過(guò)執(zhí)行包括分子束外延工藝(131)的第一工藝順序而在所述太陽(yáng)能電池(450)的襯底(151，251，251，351，451)之上形成第一半導(dǎo)體層(154 ；254 ；372 ;453)，以及 通過(guò)執(zhí)行包括化學(xué)氣相沉積工藝(111，112 )的第二工藝順序而在所述襯底之上形成第二半導(dǎo)體層(152，156 ;252，262，264 ;352，362，364 ;452，454)，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層是晶格匹配的。
16.根據(jù) 權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一工藝順序和所述第二工藝順序中的至少一個(gè)包括提供各自的輔助襯底(161，261，361，371)以便在所述各自的輔助襯底之上形成各自的半導(dǎo)體層，以及將所述各自的輔助襯底鍵合到所述襯底。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，將所述第一半導(dǎo)體層形成為具有在0.9eV到1.3eV范圍內(nèi)的能隙。
【文檔編號(hào)】H01L21/205GK103843157SQ201280048760
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月11日
【發(fā)明者】R·克勞澤, B·吉斯倫 申請(qǐng)人:Soitec公司