Спосіб отримання гетероструктури nalgaаs-palgaas-p+algaas з варізонною активною областю

Спосіб отримання гетероструктури nAlGaAspAlGaAs-p+AlGaAs з варізонною активною областю за двостадійною технологією рідиннофазної епіта 3 здатних здійснювати перетворення сонячного світла в розширеному спектральному діапазоні, система фотоелементів повинна бути обладнана складною оптичною системою, що значно обмежує їх функціональні можливості. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб (В.М. Андреев, В.Р. Ларионов, В.Д. Румянцев, О.М. Федорова, Ш.Ш. Шамухамедов. Высокоэффективные pAlGaAs-pGaAs-nGaAs солнечные фотоэлементы с КПД 19 % (AM 0) и 24% (Ам 1,5)// Письма в ЖТФ. Т.9. Вып. 20, 1983. С. 1251-1254.), згідно якого гетероструктури n-GaAsp-GaAs-p-AlGaAs формуються за двохстадійною технологією РФЕ в температурному інтервалі 850700 °С. На першій стадії на підкладці n-GaAs, нарощується буферний епітаксійний шар n-AlxGa1xAs. На другій стадії нарощується шар твердого розчину p-AlxGa1-xAs з х = 0,7-0,95 товщиною 0,61,5 мкм та концентрацією дірок - (1-3)×10 см-3. В процесі нарощування шару p-AlxGa1-xAs відбувається дифузія цинку із розплаву галію у буферний n-GaAs. Формується р-n перехід, заглиблений у шар n-GaAs на 2-7 мкм відносно металургійної границі розділу n-GaAs/p-AlxGa1-xAs. Проте, цей спосіб дозволяє формувати епітаксійні структури з фотоактивним шаром GaAs, що має фіксоване значення ширини забороненої зони, або ж варізонний твердий розчин n-AlGaAs, ширина забороненої зони якого зменшується в напрямку, перпендикулярному до поверхні, обмежуючи ширину частотної смуги сонячного світла, яка може поглинатись, спричиняючи фотогенерацію носіїв заряду. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб отримання гетероструктури nAlGaAs-pAlGaAs-p+AlGaAs, в котрій буферний шар nGaAs(AlGaAs) є варізонним із зростанням ширини забороненої зони в напрямку до поверхні шару. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання гетероструктури nAlGaAspAlGaAs-p+AlGaAs із варізонною активною областю за двохстадійною технологією рідиннофазної епітаксії в температурному інтервалі 850-700 °С, що передбачає на першій стадії на підкладці nGaAs формування буферного шару nAlxGa1-xAs, а на другій стадії утворення p-n-переходу в цьому шарі здійснюється додаванням в галієвий розчинрозплав вісмуту від 20 до 40 ат % та алюмінію в кількості від 7,0×10-4 ат % до 2,0×10-3 ат %. Реалізація запропонованого способу пояснюється графіками та прикладами. На Фіг.1 наведена експериментально одержана залежність складу епітаксійних шарів AlxGa1-xAs від концентрації вісмуту при фіксованих концентраціях алюмінію у галієвих розчинах - розплавах. На Фіг.2 показана експериментально одержана залежність розподілу складу (х) від товщини варізонних епітаксійних шарів AlxGa1-xAs, отриманих із галій-вісмутових розчинів-розплавів (20 ат % Ві) при фіксованих концентраціях алюмінію у розплавах. На основі експериментального дослідження методом мікрорентгеноструктурного аналізу складу твердих розчинів AlxGa1-xAs, отриманих мето 43132 4 дом РФЕ із галієвих розплавів з фіксованими концентраціями А1, встановлено, що при збільшенні концентрації вісмуту спостерігається зростання вмісту AlAs (зміна «xs»). Причому крутизна кривої xs = f(x1Ві) є тим більшою, чим вищою є фіксована концентрація алюмінію в розплаві галію x1Ві (криві 1-4 Фіг. 1). Встановлену залежність xs від кількості x1Ві в шарах AlxGa1-xAs, отриманих РФЕ, можна трактувати як зміну ефективного коефіцієнта сегрегації алюмінію (КсАl = xsAl/x1Al) при збільшенні концентрації вісмуту в розплаві. Цей ефект може бути використаний для нарощування варізонних епітаксійних шарів AlxGa1-xAs із зростаючою до поверхні шару шириною забороненої зони. Причому зміна ширини забороненої зони твердого розчину буде тим більшою, чим більшою є кількість алюмінію та вісмуту у розплаві галію. Для отримання варізонних шарів AlxGa1-xAs необхідно в розчині - розплаві галію, що безпосередньо контактує із підкладкою, забезпечити плавну зміну концентрації вісмуту під час кристалізації шару. Цього можна досягнути, якщо на поверхню розчинурозплаву, протилежну до тієї, що контактує із підкладкою, в момент початку зниження температури подати відповідну кількість вісмутового розплаву. Вісмут, дифундуючи з поверхні галієвого розплаву в його глибину, поступово досягатиме границі розділу розплав-підкладка, на межі якої відбувається кристалізація шару. Концентрація його зростатиме від нуля до максимального значення, яке визначатиметься масою галієвого розплаву у ростовому зазорі. Чим вищою на цій границі ставатиме концентрація вісмуту, тим більшим стане значення ефективного коефіцієнта сегрегації КсАl, і тим більше алюмінію із рідкої фази потраплятиме в твердий розчинAlxGa1-xAs, що кристалізується. Час формування варізонного шару AlxGa1-xAs визначатиметься коефіцієнтом дифузії вісмуту в розплаві галію при фіксованій товщині розплаву над підкладкою (товщина ростового зазору). Від товщини цього зазору залежить також сумарна товщина нарощеного епітаксійного шару. Градієнт xs при цьому майже не змінюється. Тому, зміною товщини (крива 1. Фіг. 2.) ростового зазору можна змінювати товщину шару із постійним значенням xs, який формується на поверхні підкладки. Оптимальною з точки зору економії розплаву та конструктивно-технологічних особливостей графітових касет, в яких нарощуються епітаксійні шари (ЕШ), є зазор 300 мкм. Вибір максимальної концентрації вісмуту в розплаві галію з точки зору забезпечення найбільшої ефективності фотогенерації носіїв заряду в гетероструктурі, зумовлений досягненням значення xsAlAs = 0,34, при якому твердий розчин AlxGa1xAs є ще прямозонним, оскільки в таких напівпровідниках ефективність фотогенерації носіїв заряду є майже на порядок вищою, ніж в непрямозонних. Виходячи з цього, мінімальна концентрація вісмуту, при якій досягається поставлена в заявці задача, є x1Ві = 20 ат % (крива 3 Фіг. 1), а максимальна концентрація - x1Ві = 40 ат % (крива 2 Фіг. 1). Вибір кількості алюмінію зумовлений тим, що при концентраціях x1Al =7,0×10-4 ат %, отримуємо тверді розчини AlxGa1-xAs з х0,34, ефективність фотоелектричного перетворення якого є на порядок нижчою від прямозонного AlxGa1-xAs з х