陈 晨，赵 堃，韩焕鹏

(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)

0 引 言

锗材料具有与砷化镓材料相近的晶格常数和热膨胀系数，具有机械强度高、耐辐射性能好等特点，是目前砷化镓太阳电池最为理想的衬底材料[1-2]，多结砷化镓太阳电池以P型锗片为衬底，锗片在电池结构中不仅起到支撑作用，还形成底电池，直接参与光电转化。研究人员通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在锗片表面生长GaInP/GaAs/Ge正向晶配结构，其后对背面进行减薄，依次光刻镀上电极、蒸镀下电极、划片、蒸镀减反射膜[3-5]。

当前，我国新一代多用途飞船正在进行论证和研制，其对电源系统提出了更大功率、更低成本的要求，太阳电池因此对锗片的需求由4英寸(1英寸=2.54 cm)提高到6英寸，以提高电池均匀性和降低电池成本。6英寸锗片与4英寸产品相比，研制难度大幅度增加，由于单晶尺寸增大，位错密度要求低，单晶热场设计难度更大。

目前，国外已普遍采用6英寸锗片制备空间太阳电池，在2006年，Umicore 公司就报道实验研制出φ300 mm的低位错(位错密度<500 cm-2)锗单晶[6]，国内目前主流产品为4英寸锗单晶材料[7]，普遍采用垂直梯度凝固法[8]及直拉法生长4英寸无位错锗单晶。近年来，国内采用直拉法已能够制备出6英寸锗单晶，但位错密度难以控制在500 cm-2以内，6英寸低位错锗单晶材料的研制技术尚未突破，只能依赖进口，因此，本文采用数值模拟的方法对直拉法低位错大直径锗的单晶生长进行研究。

1 低位错锗单晶生长的热场设计

1.1 理论分析

单晶生长需要一定的温度梯度，晶体内部径向以及轴向温度梯度的存在将必然产生一定程度的热应力，该热应力一旦超出锗材料的临界应力，晶体内部会繁殖产生大量的位错，因此位错密度和温度梯度存在密切关系。理论上认为，在生长界面附近，单晶位错密度和轴向温度梯度及径向温度梯度的关系如下：