锗单晶片、其制法、晶棒的制法及单晶片的用途制造技术

本发明专利技术涉及锗单晶片，其包含原子浓度为3×10

Germanium monolithic wafers, their fabrication methods, the fabrication of crystal rods and the use of monolithic wafers

【技术实现步骤摘要】
锗单晶片、其制法、晶棒的制法及单晶片的用途
本专利技术涉及锗(Ge)单晶片、锗单晶片的制备方法、制备锗单晶片的晶棒的制备方法以及本专利技术获得的锗单晶片的用途。
技术介绍
高效大功率太阳能电池在太空太阳能系统和大规模地面聚光太阳能系统中获得了广泛的应用。锗单单晶片是这种高效大功率多节太阳能电池的理想衬底材料。目前所用的锗单晶材料均通过掺杂镓获得P型锗单晶衬底，其中载流子是正电子(positiveelectron)，也称为空穴。由于镓原子在锗材料中的分凝系数仅为0.087，所以锗单晶生长过程中镓原子逐渐在液相中富集，生长的锗单晶从头到尾镓原子的浓度逐渐增加。所谓杂质分凝系数可作如下理解：对于固相-液相界面，由于杂质在不同相中的溶解度不一样，所以杂质在界面两边材料中分布浓度不同，即所谓的杂质分凝现象。这种杂质分凝作用的大小常常用分凝系数来描述：“分凝系数”＝(杂质在固相中的溶解度)/(杂质在液相中的溶解度)。杂质分凝现象导致晶棒头尾电阻率差，如果晶棒头尾电阻率差超过六倍以上，则在制备多节太阳能电池中对其性能的一致性产生不利影响。
技术实现思路
为了解决上述技术问题提出本专利技术，通过镓原子和硼原子的共掺杂，利用镓原子和硼原子在锗材料中分凝系数的差异，获得均匀的载流子浓度和电阻率的分布。具体而言，本专利技术的目的通过调整锗单晶片中共掺杂元素硅、硼和镓的量，共掺杂元素镓、硼和硅的比例以及锗单晶生长的温度梯度和速率实现。更具体而言，本专利技术涉及如下技术方案。本专利技术提供一种锗单晶片，其中，锗单晶片中包含掺杂剂元素硅、硼和镓，硅原子浓度为3×1014atoms/cc至10×1018atoms/cc，硼原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1018atoms/cc且镓原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1019atoms/cc。在本专利技术的锗单晶片的一个优选实施方案中，硅原子浓度为4×1014atoms/cc至8×1018atoms/cc，硼原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至9×1019atoms/cc。在本专利技术的锗单晶片的一个更优选实施方案中，硅原子浓度为5×1014atoms/cc至7×1018atoms/cc，硼原子浓度为4×1016atoms/cc至7×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1019atoms/cc。在本专利技术锗单晶片的一个优选的实施方案中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为8∶1至1∶240。在本专利技术锗单晶片的一个更优选的实施方案中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为5∶1至1∶170。在本专利技术锗单晶片的一个特别优选的实施方案中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为3∶1至1∶100。在本专利技术锗单晶片的一个优选的实施方案中，锗单晶片的硅原子浓度与镓原子浓度比例为4∶1-100。在本专利技术锗单晶片的一个更优选的实施方案中，锗单晶片的硅原子浓度与镓原子浓度比例为3∶1-80。在本专利技术锗单晶片的一个特别优选的实施方案中，锗单晶片的硅原子浓度与镓原子浓度比例为2∶1-50。在本专利技术锗单晶片的一个优选的实施方案中，锗单晶片的厚度为100-700μm，优选为100-500μm，更优选为100-200μm，甚至更优选为120-140μm。在本专利技术锗单晶片的一个优选的实施方案中，锗单晶片的硅原子、硼原子和镓原子浓度之和A的范围为2ppm≤A≤120ppm，优选4ppm≤A≤70ppm，基于锗的量计。本专利技术还提供一种制备锗单晶片的方法，所述方法包括：1)由包含元素硅和镓的锗单晶棒切割出锗单晶初始晶片，其中，切割得到的锗单晶片初始晶片中硅原子浓度为3×1014atoms/cc至10×1018atoms/cc，硼原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1018atoms/cc，且镓原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1019atoms/cc，初始晶片的厚度为200-800μm；2)对步骤1)得到的锗单晶初始晶片进行磨边处理；3)对步骤2)中进行磨边处理之后的锗单晶初始晶片进行表面处理，和4)对在步骤3)中表面处理之后的锗单晶初始晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，得到锗单晶片产品，其中，所得到的锗单晶片产品厚度为100-700μm。在本专利技术的制备锗单晶片的方法的一个优选实施方案中，硅原子浓度为4×1014atoms/cc至8×1018atoms/cc，硼原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至9×1019atoms/cc。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个更优选实施方案中，硅原子浓度为5×1014atoms/cc至7×1018atoms/cc，硼原子浓度为4×1016atoms/cc至7×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1019atoms/cc。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个优选实施方案中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为8∶1至1∶240。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个更优选实施方案中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为5∶1至1∶170。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个特别优选的实施方案中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为3∶1至1∶100。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个优选的实施方案中，硅原子浓度与镓原子浓度比例为4∶1-100。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个更优选的实施方案中，硅原子浓度与镓原子浓度比例为3∶1-80。在本专利技术制备锗单晶片的方法的一个特别优选的实施方案中，硅原子浓度与镓原子浓度比例为2∶1-50。在本专利技术锗单晶片的方法的一个优选实施方案中，锗单晶片的厚度为100-700μm，优选为100-500μm，更优选为100-200μm，甚至更优选为120-140μm。在本专利技术的制备锗单晶片的方法的一个优选实施方案中，锗单晶片的硅原子、硼原子和镓原子浓度之和A的范围为2ppm≤A≤120ppm，优选4ppm≤A≤70ppm，基于锗的量计。进一步地，本专利技术一种制备锗单晶棒的方法，所述方法包括：1)将第一锗原料、共掺杂剂元素硅和镓以及任选的液封剂一并装入坩埚中，所述坩埚带有晶种槽，晶种槽事先装有高纯锗单晶晶种；2)将第二锗原料装入装载容器中，第二锗原料用于补充第一锗原料，所述装载容器中任选地装有液封剂；3)将第1)步所述坩埚和第2)步所述装载容器置于石英管内，并在真空下密封石英管；4)将第3)步的密封有坩埚和装载容器的石英管放入具有可移动的石英管支座的晶体生长熔炉中，所述支座用于支承石英管；5)使第一锗原料和第二锗原料熔融，分别形成第一熔体和第二熔体，然后使得装载容器中的熔融的第二锗原料完全注入坩埚；6)冷却第5)步得到的坩埚中的熔体，同时控制熔体的温度梯度和冷却速率，使熔体与晶种接触时结晶生长锗单晶棒；和7)冷却锗单晶棒；其中，第1)步中添加的掺杂剂元素硅和镓的量使得制得的锗单晶棒在有效长度内硅原子浓度为3×1014atoms/cc至10×1018atoms/cc，且硼原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1018本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锗单晶片，其中，锗单晶片中包含掺杂剂元素硅、硼和镓，硅原子浓度为3×10

【技术特征摘要】
1.一种锗单晶片，其中，锗单晶片中包含掺杂剂元素硅、硼和镓，硅原子浓度为3×1014atoms/cc至10×1018atoms/cc，硼原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1018atoms/cc且镓原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1019atoms/cc；优选地，硅原子浓度为4×1014atoms/cc至8×1018atoms/cc，硼原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至9×1019atoms/cc；更优选地，硅原子浓度为5×1014atoms/cc至7×1018atoms/cc，硼原子浓度为4×1016atoms/cc至7×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1019atoms/cc。2.根据权利要求1所述的锗单晶片，其中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为8:1至1:240，优选为5:1至1:170，更优选为3:1至1:100。3.根据权利要求1-2任一项所述的锗单晶片，其中，锗单晶片的硅原子浓度与镓原子浓度比例为4:1-100，优选为3:1-80，更优选为2:1-50。4.根据权利要求1-3任一项所述的锗单晶片，其中，锗单晶片的厚度为100-700μm，优选为100-500μm，更优选为100-200μm，甚至更优选为120-140μm。5.根据权利要求1-4任一项所述的锗单晶片，其中，锗单晶片的硅原子、硼原子和镓原子浓度之和A的范围为2ppm≤A≤120ppm，优选4ppm≤A≤70ppm，基于锗的量计。6.本发明还提供一种制备锗单晶片的方法，所述方法包括：1)由包含元素硅、硼和镓的锗单晶棒切割出锗单晶初始晶片，其中，切割得到的锗单晶片初始晶片中硅原子浓度为3×1014atoms/cc至10×1018atoms/cc，硼原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1018atoms/cc，且镓原子浓度为1×1016atoms/cc至10×1019atoms/cc，初始晶片的厚度为200-800μm，优选地，硅原子浓度为4×1014atoms/cc至8×1018atoms/cc，硼原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至9×1019atoms/cc；更优选地，硅原子浓度为5×1014atoms/cc至7×1018atoms/cc，硼原子浓度为4×1016atoms/cc至7×1018atoms/cc且镓原子浓度为2×1016atoms/cc至8×1019atoms/cc；2)对步骤1)得到的锗单晶初始晶片进行磨边处理；3)对步骤2)中进行磨边处理之后的锗单晶初始晶片进行表面处理，和4)对在步骤3)中表面处理之后的锗单晶初始晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，得到锗单晶片产品，其中，所得到的锗单晶片产品厚度为100-700μm。7.根据权利要求6所述的制备锗单晶片的方法，其中，锗单晶片的硼原子浓度和镓原子浓度的比例为8:1至1:240，优选为5:1至1:170，更优选为3:1至1:100。8.根据权利要求6-7任一项所述的制备锗单晶片的方法，其中，硅原子浓度与镓原子浓度比例为4:1-100，优选为3:1-80，更优选为2:1-50。9.根据权利要求6-8任一项所述的制备锗单晶片的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉贾拉姆·谢蒂，王元立，刘卫国，周雯婉，朱颂义，
申请(专利权)人：北京通美晶体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11