[实用新型]InGaAs薄膜

说明书

技术领域

本实用新型应用在太阳能电池、高电子迁移率晶体管、光电二极管、光电探测器等领域，尤其涉及InGaAs薄膜。

背景技术

随着太阳能光伏发电产业和市场的迅速发展，以及在空间飞行器能源系统需求的牵引下，光伏技术不断取得重要突破：晶体硅、非晶硅、多晶硅太阳电池，III-V族化合物半导体电池，II-VI族化合物半导体电池等，越来越多的太阳电池技术日趋成熟，同时，相应的光电转换效率不断提高，使今天的光伏技术在空间和地面都得到了越来越广泛的应用。基于GaAs的III-V族化合物半导体电池技术的迅速发展是最引人瞩目、里程碑式的突破；并且GaAs基系太阳电池效率高、抗辐照性能好、耐高温、可靠性好，符合空间环境对太阳电池的要求，因此，GaAs基系太阳电池在空间科学领域正逐步取代硅系列太阳电池，成为空间太阳能发电系统的主电源。由于GaAs材料的能带为1.42eV，单结GaAs太阳电池只能吸收某一特定波长的太阳光，因此其光电转换效率受到限制。为了提高太阳能电池对太阳光的利用率，需要采用多结叠层太阳能电池结构，对太阳光谱进行“分割”。目前，基于GaAs衬底的GaAs高效多结叠层太阳电池已经获得＞41％的光电转换效率。

要获得更高光电转换效率，多结叠层太阳电池的能带匹配是关键。目前常规三结GaAs系太阳电池方面，主要是GaInP/InGaAs/Ge(1.84/1.4/0.67)结构太阳电池，该体系以晶格匹配为首要考虑原则，进而限制了材料体系的选择，电池的转换效率提升空间非常有限。为了解决带隙失配严重制约三结叠层电池性能的问题，最新技术尝试采用选择GaAs为衬底的晶格失配体系，底电池带宽为1eV的理想能带匹配体系。四结叠层太阳电池的理想能带匹配是1.8/1.4/1.0/0.67eV，通过理论计算，尽管1eV GaInNAs材料作为第三结太阳电池的带隙和晶格大小较为合适，但GaInNAs外延材料的少子寿命低，严重限制了四结叠层太阳电池的电流密度，成为制约效率提高的关键因素。因此，根据目前外延生长技术、外延设备的发展及材料的性能，能带为1eV的最佳材料为三元半导体化合物In_0.3Ga_0.7As。

化合物半导体的光电特性与材料缺陷密度有很密切的联系。因此，制备高质量、低缺陷密度的In_0.3Ga_0.7As薄膜具有极其重要的意义。In_0.3Ga_0.7As(1eV，a＝0.57748nm)与GaAs(a＝0.56533nm)衬底的晶格失配度为2.15％，如果在GaAs衬底直接生长In_0.3Ga_0.7As材料，晶格失配所带来的穿透位错、应力，会使外延材料体内产生大量的位错、缺陷以及表面起伏，从而恶化器件的性能，造成太阳能电池光电转换效率低。因此，在GaAs衬底上制备高质量的In_0.3Ga_0.7As薄膜一直是研究的热点与难点。为了获得缺陷密度低、材料性能好的In_0.3Ga_0.7As材料，最佳途径是先在GaAs衬底上外延生长缓冲层材料，然后再外延生长In_0.3Ga_0.7As材料。

目前，GaAs基系高效多结叠层太阳能电池中采用的都是多层的组分渐变、组分跳变、组分逆变等缓冲层结构(如图1所示)，这些多层结构的缓冲层在太阳电池结构中需要外延生长多层较厚的缓冲层，生长步骤繁琐，而且很难精确控制每一层材料的成分、厚度、以及晶体质量，从而影响最终获得的In_0.3Ga_0.7As薄膜质量。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供InGaAs薄膜，使用了单层In_0.6Ga_0.4As大失配缓冲层，与多层缓冲层相比，该方法简化了缓冲层结构，同时简化了外延生长工艺，可严格控制外延层的厚度、组分、掺杂浓度，获得表面形貌好、缺陷密度低、晶体质量高的In_0.3Ga_0.7As外延薄膜。

本实用新型目的通过如下技术方案实现：

本实用新型InGaAs薄膜，依次包括GaAs衬底和GaAs缓冲层、In_0.6Ga_0.4As大失配缓冲层，In_0.3Ga_0.7As薄膜。