Ge基Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體能源材料生長(zhǎng)與性能研究.pdf

1、近些年來(lái)，半導(dǎo)體材料在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用方面研究已經(jīng)大幅成長(zhǎng)。由于Ⅲ-Ⅴ族化合物多結(jié)太陽(yáng)電池具有多能隙組合與直接能隙材料對(duì)光的高吸收率等優(yōu)點(diǎn)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。Ge基多結(jié)電池是太空用最具潛力的電池結(jié)構(gòu)。本論文研究了Ge基電池中所使用的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與其性能，所得成果如下：
　　(1)用MOVPE生長(zhǎng)了帶有AlAs超薄插入層的GaInP試樣，并用高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、光致發(fā)光譜(PL)，拉曼光譜(Raman

2、)和表面形貌測(cè)試等手段表征了它們的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。5的AlAs插入層導(dǎo)致了由[Ge(Ga,In)-V(Ga,In)]絡(luò)合物引起的PL寬峰強(qiáng)度的減弱。加入AlAs插入層后，GaInP的有序度得到了提高。當(dāng)AlAs插入層的厚度由5上升到5nm時(shí)，為了降低界面應(yīng)變能，有序度進(jìn)一步得到提高。另一方面，在時(shí)間分辨光致發(fā)光譜中，觀察到了雙指數(shù)衰減曲線，其中的快過(guò)程對(duì)應(yīng)有序態(tài)GaInP的帶帶躍遷，慢過(guò)程對(duì)應(yīng)局域態(tài)的躍遷。隨著AlAs層的加入和厚度的增

3、加，GaInP有序度增加，PL的衰減壽命隨之增加。
　　(2)用全固態(tài)源MBE設(shè)備生長(zhǎng)了GaAs/Ge和GaInP/Ge系列的樣品，并通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM)，光致發(fā)光譜(PL)，和拉曼光譜(Raman)對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。在含有較多反向疇的GaAs/Ge試樣中(Ge03和Ge07)，可以觀察到一個(gè)位于1.75 eV處的反常的PL發(fā)光峰。通過(guò)1nm的GaAs緩沖層退火工藝，促進(jìn)了界面處反向疇的自湮滅，從而基本消除

4、了此反常的發(fā)光峰(Ge08)。在GaInP/Ge系列的樣品中，通過(guò)對(duì)520℃(Ge25)和480℃(Ge26)兩種不同溫度下生長(zhǎng)的樣品的發(fā)光性質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)溫度越高，本征發(fā)光峰的強(qiáng)度越弱。由于生長(zhǎng)溫度較高時(shí)導(dǎo)致了組分分布不均，PL發(fā)光峰的峰位隨著測(cè)試位置的變化發(fā)生了一定程度的偏移。退火后樣品(Ge14)的PL峰位發(fā)生了一定程度的紅移，此紅移來(lái)源于退火后In組分的飄移。在低溫下(TC=460-470℃)生長(zhǎng)的GaInP外延層，通過(guò)對(duì)其光