通过不同的沉积技术形成的半导体器件中的多结制造技术

一种半导体器件，以使用MOCVD和MBE的混合沉积策略为基础形成该半导体器件，具体地为太阳能电池（450），以便提供晶格匹配半导体化合物（452，453，454）。为此，可以应用MBE以提供含氮半导体化合物（453），允许期望的低能隙和关于砷化镓衬底的晶格匹配结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种半导体器件，以使用MOCVD和MBE的混合沉积策略为基础形成该半导体器件，具体地为太阳能电池（450），以便提供晶格匹配半导体化合物（452，453，454）。为此，可以应用MBE以提供含氮半导体化合物（453），允许期望的低能隙和关于砷化镓衬底的晶格匹配结构。【专利说明】通过不同的沉积技术形成的半导体器件中的多结
本专利技术总体上涉及一种半导体器件，该半导体器件包括以设置成大体上的晶格匹配结构的半导体化合物为基础形成的多个pn结。
技术介绍
过去的50年中，半导体产品以硅为基础制造，从而提供集成电路、片上系统(SoC)、存储设备、光电器件(比如，激光器、光电二极管)以及太阳能电池(由于经济性和环境问题，被认为以本地和全球的方式在未来能源管理中起到非常重要的作用)。由于关于运行速度、封装密度以及产品成本方面的不断增加的需求，在过去的几十年里，已经开发了非常有效的制造技术，具体地关于处理娃以及相关材料方面。尽管由于硅的几乎无限的可用性以及多个完善的工艺技术和工艺工具，硅优选地用于许多生产环境中，然而，对于为了满足特定需要(例如关于运行速度、光学性能等)而特定设计的半导体材料的需求增加。例如，在半导体领域中一个极为迅速发展的领域是光电器件(比如，传感器等)的制造，该光电器件可以单片集成到半导体器件。例如，在半导体制造领域中，重要性日益增加的光电二极管的一个应用是太阳能电池的制造，太阳能电池可以理解为特定设计的光电二极管以便从光电二极管获得依赖于辐射的输出功率。典型地，在太阳能电池中，提供作用为内部电场源的至少一个pn结，从而允许通过吸收入射光子而产生的电子/空穴对分离。基本上，光学性能(即，光子转换成电子/空穴对)取决于使用的半导体材料的能隙。例如，晶体硅材料通常具有1.1eV的能隙，从而允许吸收可见光，然而，导致硅材料对于红外线区域中的较长波长基本透明。而且，由于在晶体硅中光的吸收随着材料的厚度仅慢慢增加，所以需要相对厚的晶体材料，例如在数百微米的范围内，从而需要相当数量的硅材料以制造晶体太阳能电池。而且，由于特定能隙，由晶体硅材料制成的太阳能电池的理论和实际整体效率是非常有限的，例如由于即使波长在近红外区域之上的光子可以吸收到硅材料中，吸收的较高能量光子的“多余”能量也转换成热量。因此，由于由晶体硅制成的硅太阳能电池的输出功率的相当大的温度依赖性，相当部分的辐射(尽管被有效吸收在硅材料中)不贡献输出功率并且甚至降低整体效率。由于这些原因，已经提议使用特定设计的半导体材料以便适当地使能隙适应于入射辐射的光谱。通常因为单个pn结由于最小波长和余热发电之间的妥协而遭受效率减少，所以引入串接结或多个结半导体器件的概念，其中Pn结设置在具有第一能隙的半导体材料中，然而，至少另一个pn结实施在具有第二能隙的半导体材料中，以便覆盖可以有效转换成电子/空穴对的较宽范围的入射辐射。例如，已证明II1-V半导体化合物为高效材料，这可以允许适当的能隙工程，同时，可以使用完善的有效材料沉积技术以使不同的半导体材料形成为堆叠的层结构。具体地，砷化镓(GaAs)是半导体化合物，允许与其他种类(比如，磷、铟、铝等)混合，以形成化合物半导体层，其中，能隙可以从大约2eV调整到IeV甚至更少。而且，砷化镓可以以大体上的晶格匹配结构沉积在完善的半导体材料(比如，锗)上，从而减少在衬底与砷化镓半导体材料之间的界面处的晶格缺陷的数量。在推进半导体技术的过程中，已经建立高效的生长技术，其中，使用基于化学气相沉积(CVD)的概念，其中，选择工艺参数使得材料的生长可以大体上以下层的“板”材料的晶格结构为基础而发生。因此，当使用晶体板材料时，随后生长的半导体材料也设置成与板材料相比具有大体上相同的晶格类型和尺寸的晶体结构。在这种情况下，在下文中，相应的沉积工艺将指的是外延生长工艺，其中，术语晶格匹配可以因此对应于如下事实:生长的半导体材料关于下层的板材料具有晶格常数偏离5%或更少的晶格。在一些外延生长技术中，用于其他半导体化合物的原子种类通常设置成蒸发并应用在气体环境中的金属有机前体材料的形式。通过适当地控制工艺参数，具有期望材料组成的半导体化合物的可控厚度可以以中等生长速率生长。另一个完善的外延技术是分子束外延(MBE)，其中，分子在高度真空条件下导向衬底表面，从而开始半导体材料的晶体生长。通过控制各种分子源和通过控制分子束本身，可以形成厚度为几个原子层、两个几百纳米或更多的高度复杂的半导体化合物。通常，这些外延生长技术用于制造复杂的半导体器件，具体地例如太阳能电池，其中，具有适当设计的能隙的两个或多个半导体层以沉积工艺的顺序形成。已经承认，具体地，为了获得非常高的整体转换效率，能隙在0.9到1.3eV范围内的至少一种半导体材料与能隙在2.0到1.5eV范围内的一种或多种另外的半导体材料混合的设置是非常有效的。例如，已经报告基于砷化镓的三结太阳能电池在暴露于密集的太阳能辐射时具有多于40%的总体效率。这种高效太阳能电池已经通过实施能隙大约为LOeV的底部子单元而制造，从而允许辐射在近红外范围内有效转换。在一些方法中，三元的基于镓的半导体材料用于底部子单元，底部子单元设置为与能隙分别为1.4和1.9eV的剩余两个基于镓的子单元相比的晶格不匹配层。半导体层已经以金属有机化学气相沉积(MOCVD)为基础而生长，其中，中等厚度的渐变缓冲层已经设置在中间子单元与底部晶格不匹配半导体层之间，以便减少晶格缺陷的数目，晶格缺陷通常与半导体材料的晶格不匹配生长相关联。在其他策略中，已经承认，在0.9到1.35eV范围内的有效能隙工程可以通过将氮混合到基于镓的半导体材料中来实现，基于镓的半导体材料比如GaInNAs和GaInNAsSb,其中，晶格匹配结构也可以关于其他的基于镓的半导体材料来实现。然而，为此，为了混合晶格匹配结构和期望的能隙，精确控制氮在半导体化合物中的含量是必要的。在复杂分子束外延技术中，当沉积半导体材料时偏置偏转板通常用于适当地控制氮含量。基于该概念，为了提供当暴露于密集的太阳能辐射时具有高效的太阳能电池，适当的半导体层堆叠已经通过MBE而形成。尽管用于太阳能电池应用的MBE生产的半导体层堆叠提供高的效率，但是当使用MBE工艺时整体生产成本极其高并且大量生产技术的工艺鲁棒性至少是非常有问题的。另一方面，精确控制在基于镓的半导体层中的氮含量在MOCVD技术中是非常难以实现的，从而提出当对于形成复杂半导体器件(比如，具有优异效率的太阳能电池)的吸引力下降时使用稀释的氮基于镓的半导体层的概念，具体地由于对应的MBE工艺工具需要增加的维修并且通常展现减少的可用性，例如与MOCVD工艺工具相比。另一方面，用于以晶格不匹配基于镓的半导体层为基础提供低能隙的传统方法，需要复杂的MOCVD工艺，例如由于需要适当的缓冲层，这涉及用于提供具有需要厚度的渐变半导体材料的非常复杂的工艺控制。因此，在该情况下，不得不面对适度长的处理时间和因此而增加的生产成本。因此本专利技术的目的是提供制造技术和半导体器件，其中，多个pn结(S卩，具有形成在其中的相应pn结的半导体层)可以以化合物半导体材料(比如，砷化镓)为基础而设置，具体地用于太阳能电池应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体器件（150，250，450）中形成多个pn结的方法，所述方法包括：执行化学气相沉积工艺（111，112），以便形成包括所述半导体器件（150，250，450）的第一pn结（452p）的第一晶体半导体层（152，452），以及执行分子束外延工艺（131），以便形成稀释的氮半导体材料（154，254，372）作为包括所述半导体器件的第二pn结（453p）的第二晶体半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·克劳泽，B·吉斯伦，
申请(专利权)人：SOITEC公司，
类型：发明
国别省市：无