[發明專利]一種高折射率半導體表面減反鈍化復合結構的制備方法

有效

• 申請號: 201110386560.1
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN103132084A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 張瑞英
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C23F17/00
• 分類號: C23F17/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京華夏博通專利事務所(普通合伙) 11264
• 代理人: 孫東風;王鋒

技術領域

本發明涉及一種折射率漸變的半導體表面介質膜的制備方法，更具體的說，涉及一種適用于太陽電池的高折射率半導體表面減反鈍化復合結構的制備方法，屬于微納光子技術領域。?

背景技術

不同折射率物質之間的界面反射率是影響接收光、發出光以及傳輸光器件和設備性能的重要參數，極低的界面反射率是光顯示、寬譜光源、太陽電池、透鏡等領域追求的重要指標。通常，采用蒸鍍光學減反膜的方法來降低光學界面反射。為了盡量在廣角寬譜范圍內降低界面反射率，通常需設計蒸鍍多層的光學膜，而且光學膜材料不盡唯一。復雜的膜系結構不僅使得鍍膜本身工藝要求提高，成功率降低；在使用過程中不可避免地也要經受溫度、濕度變化甚至機械沖擊，由多層不同材料的光學膜蒸鍍兩種材料的光學界面，由于不同材料之間的熱膨脹系數、濕度系數以及彈性模量的不同，不可避免地會造成膜層材料折射率、厚度的變化，甚至惡劣地導致部分光學膜脫落，任何一種變化，都會導致基于相干原理的光學膜透過率的下降甚至于徹底破壞，從而極大地影響相應器件和設備的性能。?

亞波長光柵結構是周期小于入射光波長的表面浮雕光柵結構（如圖1所示），兩種介質和相應亞波長光柵結構的折射率分別為n₁、n₂、n₃，光柵周期為L，光柵矢量?，入射光的入射角和光波在真空中的波矢量分別為q₁和k，發生零級衍射的條件可表示如下：，?……(1)，由該式可知，特定波長的入射光發生零級衍射的條件不僅依賴于入射光的入射角，而且取決于材料的折射率和光柵的周期。當光柵的周期足夠小時，光柵矢量值足夠大，使得上述不等式不再依賴于入射光的波矢和入射角的大小。也就是說，在寬波長和大角度范圍內都可以獲得零級衍射，即可獲得極高的增透效果，成為廣角寬譜范圍內減小界面反射率的極有效方式，受到廣泛的關注。?

但是在制作方面，真正利用亞波長結構實現廣角寬譜范圍內的增透效果還有限制。一方面，如果直接采用界面材料蝕刻的辦法，按照亞波長零級衍射原理，無疑可以在廣角和寬譜范圍內獲得極低的反射率，但是蝕刻后的表面會產生很多缺陷，特別是對于納米結構，比表面積增加，表面缺陷所帶來的非輻射復合，這些非輻射復合中心的存在對于由此構成的光電器件、特別是有源光電器件造成極大地損失，成為該種結構能否真正作為光學界面、提高相應器件性能的致命因素。另一種亞波長結構是在原有材料表面生長漸變折射率的亞波長納米結構，采用此種方法無疑不會造成表面的非輻射復合，帶來額外的光電損失。但是對于高折射率的基底材料（比如Si、GaAs、InP等半導體材料），通常所用的介質膜材料均很難達到與該半導體折射率匹配。因此，在高折射率材料和介質材料之間的界面無疑依然存在較大的反射損耗，成為利用該種方法實現極低反射率的物理限制。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種使得半導體表面非輻射復合減少，有效提高載流子收集效率，實現寬譜廣角減反的高折射率半導體表面減反鈍化復合結構的制備方法。?

為了解決以上技術問題，本發明提供一種高折射率半導體表面減反鈍化復合結構的制備方法，包括步驟：Ⅰ.在高折射率半導體表面制備一層用于鈍化表面的介質膜，所述介質膜為SiO₂膜，SiN膜，TiO₂膜，Al₂O₃膜、HfO₂膜中一種或含一種以上成分的組合膜；Ⅱ.再在介質膜上制備基于高折射率介質材料的折射率漸變介質層，其中所述高折射率介質材料根據需要匹配的高折射率半導體材料及其需要減反的波長范圍選為SiN、HfO₂、TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₅和Y₂O₃中的一種或者幾種，所述介質膜與折射率漸變介質層組合為減反鈍化復合結構。?

本發明進一步限定的技術方案是：步驟Ⅰ中制備介質膜的方法包括PECVD，熱蒸發沉積，電子束蒸發沉積，磁控濺射和原子層沉積中的任意一種。所述高折射率半導體至少包括Si，Ge，III-V族半導體或III-N族半導體，且減反鈍化結構復合于面發射/接收型半導體光電子器件表面，其中所述面發射/接收型半導體光電子器件為太陽能電池，發光二極管，面發射激光器或面接收探測器。?

進一步地，步驟Ⅱ中制備折射率漸變介質層的方法為：在所述介質膜上采用溶膠凝膠法，共沉淀法，水熱法或斜角沉積法直接形成折射率漸變的介質層。?