Ge基Ⅲ-Ⅴ族半導體能源材料生長與性能研究.pdf

1、近些年來，半導體材料在太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應用方面研究已經(jīng)大幅成長。由于Ⅲ-Ⅴ族化合物多結太陽電池具有多能隙組合與直接能隙材料對光的高吸收率等優(yōu)點受到了越來越多的關注。Ge基多結電池是太空用最具潛力的電池結構。本論文研究了Ge基電池中所使用的Ⅲ-Ⅴ族半導體材料生長與其性能，所得成果如下：
　　(1)用MOVPE生長了帶有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、)和表面形貌測試等手段表征了它們的結構和光學性質。5的AlAs插入層導致了由[Ge(Ga,In)-V(Ga,In)]絡合物引起的PL寬峰強度的減弱。加入AlAs插入層后，GaInP的有序度得到了提高。當AlAs插入層的厚度由5上升到5nm時，為了降低界面應變能，有序度進一步得到提高。另一方面，在時間分辨光致發(fā)光譜中，觀察到了雙指數(shù)衰減曲線，其中的快過程對應有序態(tài)GaInP的帶帶躍遷，慢過程對應局域態(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設備生長了GaAs/Ge和GaInP/Ge系列的樣品，并通過透射電子顯微鏡(TEM)，光致發(fā)光譜(PL)，和拉曼光譜(Raman)對它們的結構和光學性質進行了表征。在含有較多反向疇的GaAs/Ge試樣中(Ge03和Ge07)，可以觀察到一個位于1.75 eV處的反常的PL發(fā)光峰。通過1nm的GaAs緩沖層退火工藝，促進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，通過對520℃(Ge25)和480℃(Ge26)兩種不同溫度下生長的樣品的發(fā)光性質研究，發(fā)現(xiàn)生長溫度越高，本征發(fā)光峰的強度越弱。由于生長溫度較高時導致了組分分布不均，PL發(fā)光峰的峰位隨著測試位置的變化發(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，此紅移來源于退火后In組分的飄移。在低溫下(TC=460-470℃)生長的GaInP外延層，通過對其光