[發明專利]一種基區帶隙遞變的空間GaInP/GaInAs/Ge電池外延片的制造方法

在審

• 申請號: 201811417548.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109545897A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 萬智;徐培強;林曉珊;張銀橋;汪洋;王向武
• 申請（專利權）人: 南昌凱迅光電有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0693;H01L31/0687;H01L31/0304
• 代理公司: 南昌大牛專利代理事務所(普通合伙) 36135
• 代理人: 喻莎

本發明公開了一種基區帶隙遞變的空間GaInP/GaInAs/Ge電池外延片的制造方法，它是將常規晶格匹配電池的頂電池基區改為寬帶隙、帶隙遞變、晶格常數一致的結構，即：本發明在空間GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配電池的頂電池基區引入寬帶隙p?Al_xGa_yIn_1?x?yP/GaInP材料。通過組分的變化，使得基區層帶隙遞減、同時各層晶格參數相同。與常規空間GaInP/InGaAs/Ge電池相比，本結構在抑制位錯密度的同時，能增加光生載流子少子的收集效率，同時提升電池的開路電壓，從而改善電池的光電轉化效率。

技術領域

本發明涉及電池外延片的制造方法技術領域，尤其是涉及一種基區帶隙遞變的空間GaInP/GaInAs/Ge電池外延片的制造方法。

背景技術

GaAs太陽能電池是空間飛行器的主要動力來源，與其他光伏電池相比具有抗輻射性能好，光電轉化效率高等特點。空間用的GaAs太陽能電池發展有常規晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge結構、失配GaInP/GaInAs/Ge結構、倒裝GaAs結構和更多節電池等多種結構。常規晶格匹配GaInP/GaInAs/Ge結構較其他結構光電轉化效率低，但由于不需要生長較厚的緩沖層使其制造成本較低，是目前空間電池最常用的結構。

晶格匹配的三節GaInP/GaInAs/Ge結構由于晶格匹配，外延生長過程中位錯密度較少，光電轉化效率能達到30％左右，但由于GaInP和GaInAs晶格參數固定，導致了結構中頂電池和中電池禁帶寬度并非是最優的帶隙組合，這就限制了此結構電池的開路電壓和光電轉化效率。

為了進一步提升空間GaInP/GaInAs/Ge晶格匹配電池的效率，同時控制電池外延片制造成本，優化頂電池或中電池帶隙是一條途徑。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基區帶隙遞變的空間GaInP/GaInAs/Ge電池外延片的制造方法，即優化空間GaInP/InGaAs/Ge匹配結構頂電池帶隙、提高電池開路電壓的方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種基區帶隙遞變的空間GaInP/GaInAs/Ge電池外延片的制造方法，其中：在頂電池基區沉積四元系材料Al_xGa_yIn_1-x-yP，通過改變Al、Ga和In的組分使其禁帶寬度遞變；設計的Al_xGa_yIn_1-x-yP禁帶寬度較頂電池GaInP禁帶寬度增大，使得電池的開路電壓增加；同時禁帶寬度的遞減設計使得頂電池基區形成導帶帶階，有利于光生載流子少子的收集；另外通過Al_xGa_yIn_1-x-yP組分的控制使得其與GaInP晶格匹配，減少位錯引起的復合，從而提升整個電池的光電轉化效率。

具體步驟如下：

運用MOCVD設備技術，在p-Ge襯底上依次沉積n-AlGaInP成核層，n-GaAs/n-GaInAs緩沖層，n++-GaAs/p++-GaAs隧穿結層，p-AlGaAs/p-AlGaInAs(DBR)反射層，p-GaInP背場層，p-GaInAs基區層，再沉積n-GaInAs發射區層，n-AlInP窗口層，n++-GaInP/p++-AlGaAs隧穿結層，p-AlGaInP背場層，p-Al_xGa_yIn_1-x-yP/GaInP基區層，再沉積n-GaInP發射區層，n-AlInP窗口層和n+-GaAs歐姆接觸層。

襯底材料為p-Ge，厚度為130～150μm，摻雜Ga源、摻雜濃度為0.2E18～3E18cm^-3,9°切角；

n-AlGaInP成核層沉積厚度為0.01μm，摻雜濃度為1～2×10¹⁸cm^-3。