一种倒置三结太阳电池外延片的制作方法

1.本实用新型半导体技术领域，具体涉及一种倒置三结太阳电池外延片。


背景技术：

2.随着空间科学和技术的发展，越来越多的科学实验与商业应用通过搭载在航天器上的设备进行，这对空间电源也提出了更高的要求。希望能进一步降低太阳电池板的质量，提高质量比功率，使航天器能够搭载更多的设备。与目前广泛采用的刚性衬底太阳电池相比，薄膜太阳电池具有重量轻、厚度薄、可弯曲以及易携带的特点。如果采用柔性薄膜太阳电池代替刚性太阳电池帆板，可大大减小太阳电池阵列的单位面积重量和收拢状态体积，而其展开面积可达数十到数万平方米，使太阳电池阵列的重量成倍减轻而功率大幅提高，从而实现航天器电源系统设计的跨越式发展。
3.然而，获得柔性薄膜太阳电池的先决条件是倒置三结太阳电池外延片的制备。目前，倒置三结太阳电池在是砷化镓衬底上，先生长晶格匹配的gainp和gaas子电池，然后通过晶格阶变的方式生长ingaas子电池，该结构电池在生长过程中会存在应力释放不完全，外延片容易翘曲，在键合工艺中容易产品暗裂或破碎，严重影响产品良率。
4.因此，外延片容易翘曲的问题是倒置三结太阳电池外延片的制备过程中亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提出一种倒置三结太阳电池外延片，生长ingaas子电池后，再生长一层分段的 (inal)gaas缓冲层，通过晶格常数的反向拉伸，平衡因第一组inalgaas缓冲层应力释放不完全带来的外延片翘曲问题。
6.在本公开的一个方面，公开了一种倒置三结太阳电池外延片，包括：
7.从下往上依次分布的：gaas衬底、gaas缓冲层、gainp腐蚀截止层、gainp顶电池、第一隧穿结、gaas中电池、第二隧穿结、第一组inalgaas缓冲层、ingaas底电池、以及第二组(inal)gaas缓冲层；
8.其中，所述第二组(inal)gaas缓冲层包括分段inalgaas组分渐变结构和gaas接触层；
9.所述第一组inalgaas缓冲层的晶格常数由与所述gaas中电池匹配过渡到与所述ingaas底电池匹配，晶格由小到大；
10.所述第二组(inal)gaas缓冲层中所述分段inalgaas组分渐变结构的晶格常数由与所述ingaas底电池匹配过渡到与gaas材料匹配，晶格由大到小；
11.所述分段inalgaas组分渐变结构厚度为1.5um～3um；
12.所述gaas接触层厚度为0.05um～1um。
13.进一步地，所述gaas衬底厚度为300um～500um；
14.所述gaas缓冲层厚度为0.2um～0.8um；
15.所述gainp腐蚀截止层厚度为0.2um～0.6um。
16.进一步地，所述gainp顶电池包括gaas盖帽层、顶电池alinp窗口层、gainp发射区、gainp基区、以及algainp背电场层；
17.其中，所述gaas盖帽层厚度0.4um～0.8um；
18.所述顶电池alinp窗口层厚度0.02um～0.1um；
19.所述gainp发射区厚度0.05um～0.15um；
20.所述gainp基区厚度0.3um～0.8um；
21.所述algainp背电场层厚度0.05um～0.15um。
22.进一步地，所述第一隧穿结为p
++
algaas/n
++
gainp；
23.其中，所述p
++
algaas厚度为0.01um～0.03um；
24.所述n
++
gainp厚度为0.01um～0.03um。
25.进一步地，所述gaas中电池包括中电池alinp窗口层、gaas发射区、gaas基区、以及algaas背电场层；
26.其中，所述中电池alinp窗口层厚度0.05um～0.15um；
27.所述gaas发射区厚度0.05um～0.15um；
28.所述gaas基区厚度1.5um～2.5um；
29.所述algaas背电场层厚度0.05um～0.2um。
30.进一步地，所述第二隧穿结为p
++
gaas/n
++
gaas；
31.其中，所述p
++
gaas厚度为0.01um～0.03um；
32.所述n
++
gaas厚度为0.01um～0.03um。
33.进一步地，所述第一组inalgaas缓冲层厚度大于3um。
34.进一步地，所述ingaas底电池包括inalas窗口层、ingaas发射区、ingaas基区、以及inalgaas背电场层；
35.其中，所述inalas窗口层厚度0.1um～0.3um；
36.所述ingaas发射区厚度0.1um～0.2um；
37.所述ingaas基区厚度1.8um～3um；
38.所述inalgaas背电场层厚度0.1um～0.3um。
39.本实用新型的有益效果为：
40.在倒装生长的三结砷化镓太阳电池后面再生长一组分段结构的(inal)gaas缓冲层，第一组inalgaas缓冲层在生长的过程中，晶格常数由与gaas中电池匹配过渡到与ingaas底电池匹配；第二组(inal)gaas缓冲层在生长的过程中，首先通过组分渐变方式，晶格常数由与ingaas底电池匹配过渡到与gaas材料匹配，先生长分段inalgaas组分渐变结构，之后再继续生长gaas接触层。通过缓冲层的晶格常数渐变过程，平衡第一组缓冲层残余的应力问题，改善外延片整体翘曲情况，便于优化芯片工艺流程，提高产品良率。分段生长的gaas接触层，可以在反应室系统内形成一层保护层，解决高in组分材料对后续生长过程中的扩散问题，改善外延片表观。gaas接触层能够在分段inalgaas组分渐变结构生长结束后继续生长获得，使得工艺流程得到优化。
附图说明
41.图1为倒置三结太阳电池外延片的结构示意图。
具体实施方式
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
45.如图1所示，一种倒置三结太阳电池外延片，包括：
46.从下往上依次分布的：gaas衬底、gaas缓冲层、gainp腐蚀截止层、gainp顶电池、第一隧穿结、gaas中电池、第二隧穿结、第一组inalgaas缓冲层、ingaas底电池、以及第二组(inal)gaas缓冲层；
47.其中，第二组(inal)gaas缓冲层包括分段inalgaas组分渐变结构和gaas接触层；
48.第一组inalgaas缓冲层的晶格常数由与gaas中电池匹配过渡到与ingaas底电池匹配，晶格由小到大；
49.第二组(inal)gaas缓冲层中分段inalgaas组分渐变结构的晶格常数由与ingaas底电池匹配过渡到与gaas材料匹配，晶格由大到小；
50.分段inalgaas组分渐变结构厚度为1.5um～3um；
51.gaas接触层厚度为0.05um～1um。
52.需要说明的是，第一组inalgaas缓冲层在生长的过程中，晶格常数由与gaas中电池匹配过渡到与ingaas底电池匹配，晶格由小到大；第二组(inal)gaas缓冲层在生长的过程中，首先通过组分渐变方式，晶格常数由与ingaas底电池匹配过渡到与gaas材料匹配，晶格由大到小先生长分段inalgaas组分渐变结构，之后再继续生长gaas接触层。在倒装生长的三结砷化镓太阳电池后面再生长一组分段结构的(inal)gaas缓冲层，通过缓冲层的晶格常数渐变过程，再次平衡第一组缓冲层残余的应力问题，改善外延片整体翘曲情况，便于优化芯片工艺流程，提高产品良率。分段生长的gaas接触层，可以在反应室系统内形成一层保护层，解决高in组分材料对后续生长过程中的扩散问题，改善外延片表观。gaas接触层能够在分段inalgaas组分渐变结构生长结束后继续生长获得，使得工艺流程得到优化。
53.可选的，gaas衬底厚度为300um～500um；
54.gaas缓冲层厚度为0.2um～0.8um；
55.gainp腐蚀截止层厚度为0.2um～0.6um。
56.可选的，gainp顶电池包括gaas盖帽层、顶电池alinp窗口层、gainp发射区、gainp基区、以及algainp背电场层；
57.其中，gaas盖帽层厚度0.4um～0.8um；
58.顶电池alinp窗口层厚度0.02um～0.1um；
59.gainp发射区厚度0.05um～0.15um；
60.gainp基区厚度0.3um～0.8um；
61.algainp背电场层厚度0.05um～0.15um。
62.可选的，第一隧穿结为p++algaas/n++gainp；
63.其中，p++algaas厚度为0.01um～0.03um；
64.n++gainp厚度为0.01um～0.03um。
65.可选的，gaas中电池包括中电池alinp窗口层、gaas发射区、gaas基区、以及algaas背电场层；
66.其中，中电池alinp窗口层厚度0.05um～0.15um；
67.gaas发射区厚度0.05um～0.15um；
68.gaas基区厚度1.5um～2.5um；
69.algaas背电场层厚度0.05um～0.2um。
70.可选的，第二隧穿结为p++gaas/n++gaas；
71.其中，p++gaas厚度为0.01um～0.03um；
72.n++gaas厚度为0.01um～0.03um。
73.可选的，第一组inalgaas缓冲层厚度大于3um。
74.可选的，ingaas底电池包括inalas窗口层、ingaas发射区、ingaas基区、以及inalgaas背电场层；
75.其中，inalas窗口层厚度0.1um～0.3um；
76.ingaas发射区厚度0.1um～0.2um；
77.ingaas基区厚度1.8um～3um；
78.inalgaas背电场层厚度0.1um～0.3um。
79.具体而言，gaas衬底厚度为300um～500um，其上为gaas缓冲层，缓冲层厚度为0.2um～0.8um；
80.然后生长gainp腐蚀截止层，厚度为0.2um～0.6um；
81.然后生长gainp顶电池，gainp顶电池包括gaas盖帽层、顶电池alinp窗口层、gainp发射区、gainp基区以及algainp背电场层。其中，gaas盖帽层厚度0.4um～0.8um，掺杂浓度大于3
×
10
18
/cm3；顶电池alinp窗口层厚度0.02um～0.1um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 8
×
10
18
/cm3之间；gainp发射区厚度0.05um～0.15um，掺杂浓度为5
×
10
17
/cm3～ 5
×
10
18
/cm3；gainp基区厚度0.3um～0.8um，掺杂浓度为1
×
10
16
/cm3～ 2
×
10
17
/cm3之间；algainp背电场厚度0.05um～0.15um，掺杂浓度为5
×
10
17
/cm3～ 3
×
10
18
/cm3之间；
82.然后生长第一隧穿结为p
++
algaas/n
++
gainp，其中，p
++
algaas厚度为0.01um～0.03um之间，掺杂浓度要求3
×
10
19
～1
×
10
20
/cm3，p型材料的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种
或者多种组合；n
++
gainp厚度为0.01um～0.03um之间，掺杂浓度要求3
×
10
18
～3
×
10
19
/cm3，n型材料的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合；
83.然后生长gaas中电池，gaas中电池包括中电池alinp窗口层、gaas发射区、gaas基区及algaas背电场层。其中，中电池alinp窗口层厚度0.05um～0.15um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 8
×
10
18
/cm3之间；gaas发射区厚度0.05um～0.15um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 5
×
10
18
/cm3；gaas基区厚度1.5um～2.5um，掺杂浓度为1
×
10
16
/cm3～ 2
×
10
17
/cm3之间；algaas背电场厚度0.05um～0.2um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 3
×
10
18
/cm3之间；
84.然后生长第二隧穿结为p
++
gaas/n
++
gaas，其中，p
++
gaas厚度为0.01um～0.03um之间，掺杂浓度要求3
×
10
19
～1
×
10
20
/cm3，p型材料的掺杂剂为mg、zn、c其中的一种或者多种组合；n
++
gaas厚度为0.01um～0.03um之间，掺杂浓度要求3
×
10
18
～3
×
10
19
/cm3，n型材料的掺杂剂为te、se、si其中的一种或者多种组合；
85.然后生长第一组inalgaas缓冲层，采用组分渐变或者组分阶变的方式，缓冲层的晶格常数由与gaas中电池匹配过渡到与ingaas底电池匹配。第一组inalgaas缓冲层的厚度大于3um，并且al的组分不低于0.4；
86.然后生长ingaas底电池，ingaas底电池包括inalas窗口层、ingaas发射区、ingaas基区、以及inalgaas背电场层。其中inalas窗口层厚度0.1um～0.3um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 8
×
10
18
/cm3之间；ingaas发射区厚度0.1um～0.2um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 5
×
10
18
/cm3；ingaas基区厚度1.8um～3um，掺杂浓度为1
×
10
16
/cm3～ 2
×
10
17
/cm3之间；inalgaas背电场层厚度0.1um～0.3um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 3
×
10
18
/cm3之间；
87.然后生长第二组(inal)gaas缓冲层。首先通过组分渐变或者组分阶变的方式，缓冲层的晶格常数由与ingaas底电池匹配过渡到与gaas材料匹配，先得到分段inalgaas组分渐变结构，该层厚度为1.5um～3um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～ 3
×
10
18
/cm3之间；再生长gaas接触层，厚度为0.05um～1um，掺杂浓度大于5
×
10
18
/cm3。
88.在一个具体的实施过程中，首先，在厚度为350um的gaas衬底上生长gaas缓冲层，缓冲层厚度为0.5um；然后生长gainp腐蚀截止层，厚度为0.4um；
89.然后生长gainp顶电池，依次生长gaas盖帽层，厚度0.6um，掺杂浓度为5
×
10
18
/cm3；顶电池alinp窗口层，厚度0.4um，掺杂浓度为3
×
10
18
/cm3；gainp发射区，厚度0.1um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3；gainp基区，厚度0.6 um，掺杂浓度1
×
10
17
/cm3；algainp背电场，厚度0.1um，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3；
90.然后生长第一隧穿结为p
++
algaas/n
++
gainp，其中，p
++
algaas厚度为0.02um，掺杂浓度1
×
10
20
/cm3，p型材料的掺杂剂为zn、c组合；n
++
gainp厚度为0.02um，掺杂浓度要求1
×
10
19
/cm3，n型材料的掺杂剂为te、si组合；
91.然后生长gaas中电池，依次生长中电池alinp窗口层，厚度0.1um，掺杂浓度为3
×
10
18
/cm3之间；gaas发射区，厚度0.1um，掺杂浓度为2
×
10
18
/cm3；gaas基区厚度2um，掺杂浓度为1
×
10
17
/cm3；algaas背电场厚度0.1um，掺杂浓度为1.5
×
10
18
/cm3；
92.然后生长第二隧穿结为p
++
gaas/n
++
gaas，其中，p
++
gaas厚度为0.02um，掺杂浓度要求8
×
10
19
/cm3，p型材料的掺杂剂为c；n
++
gaas厚度为0.02um之间，掺杂浓度要求5
×
10
18
/cm3，n型材料的掺杂剂si；
93.然后生长第一组inalgaas缓冲层，采用组分渐变方式，缓冲层的晶格常数由与
gaas中电池匹配过渡到与ingaas底电池匹配。第一组inalgaas缓冲层的厚度为3.5um，并且al的组分为0.5；
94.然后生长ingaas底电池，依次生长inalas窗口层，厚度0.2um，掺杂浓度为3
×
10
18
/cm3；ingaas发射区，厚度0.15um，掺杂浓度为2
×
10
18
/cm3；ingaas基区，厚度2.5um，掺杂浓度为1
×
10
17
/cm3；inalgaas背电场层，厚度0.2um，掺杂浓度为2
×
10
18
/cm3；
95.然后生长第二组(inal)gaas缓冲层，首先通过组分渐变方式，缓冲层的晶格常数由与ingaas底电池匹配过渡到与gaas材料匹配，先得到分段inalgaas组分渐变结构，该层厚度为2um，掺杂浓度为2.5
×
10
18
/cm3；再生长gaas接触层，厚度为0.5um，掺杂浓度9
×
10
18
/cm3。
96.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。