[发明专利]含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是一种含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池。

背景技术

由于铟镓氮三元合金的带隙从近红外光谱区域到紫外光谱区域连续可调，与太阳光谱完美匹配，近年来对铟镓氮基太阳能电池的研究越来越受到人们的关注。然而由于铟镓氮和氮化镓之间大的晶格失配，使得生长高In组分同时具有高的晶体质量的铟镓氮体材料存在困难。目前普遍采用铟镓氮/氮化镓多量子阱结构代替铟镓氮体材料作为太阳能电池的吸收区。在量子阱结构中，铟镓氮阱层的厚度小于临界厚度，因此和体材料铟镓氮相比，采用多量子阱结构可以得到高In组分同时晶体质量较好的铟镓氮吸收层。然而，由于InN的键能较弱，生长铟镓氮阱层的温度一般低于800℃，这样会造成量子阱区的晶体质量较差。为了提高晶体质量，氮化镓垒层一般采用较高的温度生长。然而，在升温过程中，阱层的In可能会发生解吸附过程、同时形成较多的V-pit，并可能造成应力弛豫，这样对太阳能电池是不利的。

发明内容

本发明主要目的是提供一种高效铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池的结构，其是通过在外延生长的铟镓氮/氮化镓量子阱中引入一层插入层的技术，防止高温造成In的解吸附，降低材料应力，减少缺陷形成。同时增加铟镓氮吸收层的厚度并形成缓变的量子阱界面，增加入射光的吸收，并提高载流子的分离效率。

本发明提供一种含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池，包括：

一衬底；

一低温成核层，其制作在衬底上，该低温成核层为后续生长氮化镓材料提供成核中心；

一非故意掺杂氮化镓缓冲层，其制作在低温成核层上；

一n型掺杂氮化镓层，其制作在非故意掺杂氮化镓缓冲层上；

一非故意掺杂多量子阱层，其制作在n型掺杂氮化镓层上面的一侧，另一侧的n型掺杂氮化镓层上面形成一台面，该非故意掺杂多量子阱层为铟镓氮太阳能电池的吸收层；

一p型掺杂氮化镓层，其制作在非故意掺杂多量子阱层上；

一N型欧姆电极，其制作在n型掺杂氮化镓层上的台面上；

一P型欧姆电极，其制作在p型掺杂氮化镓层上。

本发明的有益效果：其是通过引入低温插入层，有效的保护了高In组分铟镓氮量子阱层，防止其分解及发生应力弛豫产生缺陷。此外引入低温插入层还可以抑制V-pit形成，降低器件的漏电。最后，加入低温插入层，除可以保护阱中的In外，同时还可以保护铟镓氮表面分凝形成的In原子，造成表面In原子积累，这些In原子在生长氮化镓垒层后会并入垒层中，造成有效的吸收层厚度增加。提高太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，下面结合具体实例和附图，详细说明如后，其中：

图1本发明的结构示意图。

图2是图1中非故意掺杂多量子阱层14的结构示意图。

图3是本发明提出的含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池和没有插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池外量子效率曲线图。

图4是本发明提出的含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池和没有插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池的I-V曲线图。具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池，包括：

一衬底10，所述衬底10的材料为蓝宝石、碳化硅或氮化镓；

一低温成核层11，其是利用金属有机物气相外延方法，制作在衬底10上，所述低温成核层11的材料为氮化镓或者氮化铝，该低温成核层11的生长温度为500-600℃，厚度为20-30nm，该低温成核层11为后续生长氮化镓材料提供成核中心；

一非故意掺杂氮化镓缓冲层12，其制作在低温成核层11上，其生长温度1000-1050℃，厚度为1-2μm；

一n型掺杂氮化镓层13，其制作在非故意掺杂氮化镓缓冲层12上，所述n型掺杂氮化镓层13采用的n型掺杂剂是Si，其生长温度为1000-1050℃，厚度为3μm，自由电子浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3；