[发明专利]基于N极性氮化物材料的光电转换结构及制备方法

权利要求书

1.一种基于N极性氮化物材料的光电转换结构，自下而上包括：衬底(1)、高温AlN成核层(2)、i-GaN层(3)、n型GaN层(4)、i-In_xGa_1-xN层(5)和p型GaN层(6)，其特征在于：高温AlN成核层(2)、i-GaN层(3)、n型GaN层(4)、i-In_xGa_1-xN层(5)和p型GaN层(6)均采用N极性氮化物材料，即材料的最表层中心原子为N原子，其自发极化产生的电场与光照产生的电场方向相同，起到了对光照产生电场的促进作用，提高了太阳能电池的光电转换效率。

2.根据权利要求1所述的光电转换结构，其特征在于：所述的衬底(1)所用材料是蓝宝石或SiC。

3.根据权利要求1所述的光电转换结构，其特征在于：

所述的高温AlN成核层(2)的厚度为20-30nm；

所述的i-GaN层(3)的厚度为2-3μm；

所述的n型GaN层(4)的厚度为1-2μm；

所述的p型GaN层(6)的厚度为100-200nm。

4.根据权利要求1所述的光电转换结构，其特征在于：i-In_xGa_1-xN层(5)的厚度为0.2μm，In含量x的调整范围为0.15-0.3。

5.一种基于N极性氮化物材料的光电转换结构制备方法，包括如下步骤：

1)对衬底进行加热和高温氮化的预处理；

2)在预处理后的衬底上采用MOCVD工艺生长20-30nm的AlN成核层；

3)在AlN成核层上采用MOCVD工艺生长2-3μm的i-GaN层；

4)在i-GaN层上采用MOCVD工艺生长1-2μm的n型GaN层；

5)在n型GaN层上采用MOCVD工艺生长In含量x的范围为0.15-0.3、厚度为0.2μm的i-In_xGa_1-xN层；

6)在i-In_xGa_1-xN层上采用MOCVD工艺生长厚度为100-200nm的p型GaN层；

7)将反应室温度维持在800-1000℃，在H₂气氛下，退火5-10min，完成对光电转换结构的制作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中采用的MOCVD工艺，是对反应室设置如下条件参数：

反应室温度为1000-1200℃、压力为20-60Torr；

向反应室中同时通入流量为3500-5500sccm的氨气、流量为20-30sccm的铝源和流量为1200sccm氢气这三种气体。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3)中采用的MOCVD工艺，是对反应室设置如下条件参数：

反应室温度为1050℃、压力为20-560Torr；

向反应室同时通入流量为3000-3500sccm的氨气、流量为150-180sccm的镓源和流量为1200sccm氢气这三种气体。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4)中采用的MOCVD工艺，是对反应室设置如下条件参数：

反应室温度为1000-1200℃、压力为20-560Torr；

向反应室同时通入流量为3000-3500sccm的氨气、流量为150-180sccm的镓源、流量为6-20sccm的硅源和流量为1200sccm氢气这四种气体。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5)中采用的MOCVD工艺，是对反应室设置如下条件参数：

反应室温度为800-850℃、压力为20-60Torr；

向反应室中同时通入流量为1200-1500sccm的氮源、流量为40-80sccm的镓源、和流量为160-200sccm的铟源这四种气体。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤6)采用的MOCVD工艺，是对反应室设置如下条件参数：

反应室温度为1000-1200℃、压力为20-60Torr；

向反应室同时通入流量为3000-3500sccm的氨气、流量为150-180sccm的镓源、流量为100-300sccm的镁源和流量为1200sccm氢气这四种气体。