[其他]缓变晶格外延层的生长

说明书

本发明论及了立方晶系的半导体材料外延层生长的方法，外延层上的晶格常数是由相邻于基片的晶格常数的初值缓变到生长在其上的外延层表面的晶格常数的终值。举例来说，在基片晶体上生长的缓变延层能够在太阳能电池，光学器件和集成电路的制造中得到应用。

在晶体中，原子呈三维空间的排列，通称为晶格。在晶格中，以其自身在三维空间中重复平移而产生此晶格的晶胞能够被确定出来。晶胞包含有关晶格中原子排列的完整数据，并能够用来描述晶系。晶体可以分为七个晶系，其中之一是立方晶系。

通常，确定一个晶胞需要三个矢量。在立方晶系中，此三个矢量相互垂直并具有相同的量值。因此，立方晶系中的晶胞借助于一个标量值和它的晶格常数就能够确定出来。在立方晶系中，晶格常数是含有晶胞的立方体的边长。

本发明只涉及到立方晶系的半导体材料的外延层。例如，具有这种特性的材料包括如，硅、锗、砷化镓和磷化铟等。

掺杂有贵重组份的半导体通常具备有用的特性。然而，这种材料所需基片的高成本是它们应用的一大障碍。如果这种材料的优质外延层能够在不太贵的基片上生长，那么，这种结构的外延层就能够获得应用。可用的廉价优质晶体基片，它的晶格常数通常迥异于有用的外延层，因此其上不能生长优质的外延层。没有一种通常的方法能在晶格常数与外延层不匹配的基片上生长出优质外延层。

在实际应用中，需要有高效的太阳能光电池，以将阳光转换成为电能。如果直接能隙在足够宽的范围内缓变的优质外延层是可以得到的话，那么，它们便能在实际应用中作为高效太阳能电池结构的一部分。然而，如果认为只利用晶格常数相匹配的材料是必要的话，那么，至今还没有可能获得能隙在足够宽的范围内缓变的外延层，以用于高效太阳能电池。

本发明的目的之一是提高一个缓变晶格外延层生长方法。

本发明的另一个目的是提供一个缓变能隙外延层的生长方法。

本发明的进一步目的是提供一个使外延层在晶格不匹配的基片上生长的方法。

简略地说，根据本发明的原理和最佳实施方案，缓变晶格外延层将可在一个晶体基片上生长。在基片上先构成众多的生长表面。外延层将在这些表面上生长。在最佳实施方案中，每一个生长表面构成半径为R_S的球形表面的一部分。生长表面由电介质涂层分隔开，涂层对外延层的成核过程是不利的。使用大家所熟知的技术能够制成上述生长表面和涂层。例如，光刻的、腐蚀的、机械加工的、铸造的、再结晶的、氧化的或氮化的工艺能够用来制成生长表面和涂层。

如果晶格常数在外延层生长过程中有所增加，那么，便使用凸形生长表面。如果晶格常数在外延层生长过程中有所减少，那么，便使用凹形生长表面。

生长表面形成以后，外延层在其上面能够生长，由初始晶格常数开始和由不同于初始晶格常数的最终晶格常数结束。在最佳实施方案中，这种晶格常数的变化是由外延层的材料成分在其生长过程中的变化而引起的。外延层在生长过程中改变其成份的技术在此技术领域中是众所周知的，例如，使用化学汽相淀积法（“CVD”及供给用于使外延层生长的材料的蒸气成分在外延层生长的过程中是可以变化的。

更可取的是，基片的晶向和半径R_S的大小是可以选择得使外延层表面生长速率相对地恒定，以致外延层表面在其生长过程中继续与球形表面的局部相吻合，并与基片的生长表面具有公共的球心。

如果晶格常数在外延层生长过程中需要变化，那么，在外延层表面具有半径R₁的初始点时的该外延层表面材料的晶格常数α₁与以后在外延层表面具有半径R₂的一点时的该外层表面材料的晶格常数α₁的比值，在α₁＜α₂时，应该大于或等于R₁/R₂，在α₁＞α₂时，应该小于或等于R₁/R₂。当这些关系满足时，外延层对于给定的半径R_S将以最小的变形生长。这些关系可以用来计算最小的外延层厚度以满足使外延层以最小的变形生长。但比最小的外延层厚度必须足够大，以使在外延层中产生的变形作为晶格常数变化的结果并不超过外延层材料的压缩变形和拉伸变形的弹性极限。