[发明专利]一种基区组分递变的空间失配电池外延片的制备方法

说明书

本发明公开了一种基区组分递变的空间失配电池外延片的制备方法，由于顶电池和中电池与衬底Ge晶格不匹配，需要一定厚度组分渐变的缓冲层来消除失配引起的应力。本发明公开了一种基区组分递变的空间失配电池外延片的制备方法，它是将中电池基区层组分递变，即：本发明将空间GaInP/InGaAs/Ge失配电池的中电池的p‑GaInAs基区层分为五个组分递变的递变层，递变层之间沉积组分缓变的过渡层。与常规GaInP/InGaAs/Ge失配电池相比，消除了常规失配电池较厚的缓冲层，从而达到减少成本的目的。通过优化缓冲层生长速率、厚度和ⅤⅢ比来减少位错，降低因组分变化产生的复合，以达到常规失配结构的光电转化效率。

技术领域

本发明涉及电池外延片的制造方法，尤其是涉及一种基区组分递变的空间失配电池外延片的制备方法。

背景技术

GaAs太阳能电池由于光电转化效率高、抗辐照性能好等特点，目前是空间卫星的最主要的动力来源。常规空间GaAs太阳能电池是晶格匹配的三节GaInP/InGaAs/Ge结构，由于晶格匹配，外延产生的材料位错密度较少，使得光电转化效率达到30％左右。为了进一步提升光电转化效率，出现了失配、倒装以及更多节数的太阳能电池。失配结构通过优化中电池和顶电池的带隙组合使得中电池和顶电池禁带宽度相比晶格匹配电池减小，所以能吸收更宽的光谱，增加整个电池的电流密度，提升效率。虽然效率有所提升，但是也带来了成本的提升。在失配结构中由于顶电池和中电池与衬底Ge晶格不匹配，所以需要一定厚度组分渐变的缓冲层来消除失配引起的应力，使生长中电池时完全弛豫，减少由于失配产生的位错引起的复合。同样，倒装结构也需要一定厚度组分渐变的缓冲层来消除失配产生的应力。

为了提升空间GaInP/InGaAs/Ge电池的效率，同时控制电池外延片成本，减薄或者消除失配结构电池中的缓冲层是一条途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除空间GaInP/InGaAs/Ge失配结构电池中缓冲层、降低失配电池的制造成本的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基区组分递变的空间失配电池外延片的制备方法，特征是：在中电池GaInAs基区层引入组分递变的结构，分别生长In组分为1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％的GaInAs基区层，各组分GaInAs层之间生长0.25μm厚度组分渐变的过渡层。通过优化生长速率、厚度和ⅤⅢ比，来减少过渡层产生的位错缺陷。具体步骤如下：

提供一p-Ge衬底，运用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀),在p-Ge衬底上依次外延生长n-AlGaInP成核层，n-GaAs/n-GaInAs缓冲层，n++-GaAs/p++-GaAs隧穿结层，p-AlGaAs/p-AlGaInAs(DBR)反射层，p-GaInP背场层，p-GaInAs基区层，再生长n-GaInAs发射区层，n-AlInP窗口层，n++-GaInP/p++-AlGaAs隧穿结层，p-AlGaInP背场层，p-GaInP基区层，再生长n-GaInP发射区层，n-AlInP窗口层和n+-GaAs欧姆接触层。

衬底材料为p-Ge；n-AlGaInP成核层厚度为0.01μm，掺杂浓度为1～2×10¹⁸cm^-3。

n-GaAs/n-GaInAs缓冲层厚度为0.5μm，掺杂浓度为≥1×10¹⁸cm^-3。

n++-GaAs/p++-GaAs隧穿结层，其中n++-GaAs层厚度为0.01～0.03μm，掺杂浓度为≥5×10¹⁸cm^-3，p++-GaAs层厚度为0.01～0.03μm，掺杂浓度为≥1×10¹⁹cm^-3。