專利名稱：一種空穴型氮銦鎵p-In_xGa_1-xN薄膜及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜及其制 備。
背景技術(shù)：
III族氮化物BN、AIN、GaN, InN(III-N)等及其多元合金化合物是性能優(yōu)越的新型半導(dǎo)體材料(直接帶隙半導(dǎo)體材料)，在太陽(yáng)電池、聲表面波器件、光電子器件、光電集成、高速和高頻電子器件等方面得到重要應(yīng)用，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。隨著近年來(lái)對(duì)InN的研究發(fā)展，尤其是InN的禁帶寬度研究，為設(shè)計(jì)、制備新型高效太陽(yáng)電池奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)2002年以前，InN的禁帶寬度一直被認(rèn)為是約I. 9eV,2002年以后(含2002年)，對(duì)InN禁帶寬度的認(rèn)識(shí)有了新的突破，認(rèn)為是0.6 O. 7eV。因此，InxGa1J三元氮化物(GaN和InN的固溶體或混晶半導(dǎo)體)的禁帶寬度覆蓋的光子能范圍很寬，為O. 6 3. 4eV (GaN的禁帶寬度為3. 4eV)，可隨其中In含量x的變化在該范圍內(nèi)按如下關(guān)系式連續(xù)變化足(滅^+這提供了對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)光譜
幾乎完美的匹配帶隙，從而也為利用單一三元合金體系的半導(dǎo)體材料來(lái)設(shè)計(jì)、制備更為高效的多結(jié)太陽(yáng)電池提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)分析，提供一種空穴型氮銦鎵P-InxGa1J薄膜及其制備，該氮銦鎵InxGahN薄膜對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)光譜具有幾乎完美的匹配帶隙，且其吸收系數(shù)高，載流子遷移率高、抗輻射能力強(qiáng)，為利用單一半導(dǎo)體材料來(lái)設(shè)計(jì)、制備更為高效的多結(jié)太陽(yáng)電池提供了可能；其制備方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案一種空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜，化學(xué)分子式為InxGai_xN，式中x為O. 3-0. 8，導(dǎo)電類型為P型，即Mg摻雜空穴型；該空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜沉積在襯底上，薄膜厚度為 O. 2-0. 6 μ m。所述襯底為藍(lán)寶石、SiC, Si或玻璃。一種所述空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜的制備方法，采用MOCVD沉積系統(tǒng)制備，所述MOCVD沉積系統(tǒng)為高真空高溫等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)源化學(xué)氣相沉積(HHPEM0CVD)裝置，該裝置設(shè)有兩個(gè)真空室，即進(jìn)樣室和沉積室，制備步驟如下I)在MOCVD沉積系統(tǒng)的進(jìn)樣室中，對(duì)襯底表面進(jìn)行表面等離子體清洗；2)在MOCVD沉積系統(tǒng)的沉積室中，以三甲基銦(TMIn)為In源、以三甲基鎵(TMGa)為Ga源、以氨氣(NH3)為N源，采用MOCVD工藝在襯底表面沉積一層InxGai_xN，同時(shí)摻入二茂鎂進(jìn)行Mg摻雜，制得空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜。所述對(duì)襯底表面進(jìn)行等離子體清洗方法為在HHPEM0CVD的進(jìn)樣室中，將襯底在氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氛圍中進(jìn)行等離子體處理，氬氣和氮?dú)獾馁|(zhì)量流量比為20:4、等離子體體清洗電源的燈絲電壓為60-80V、加速電壓為80-120V。所述在襯底表面沉積一層氮銦鎵薄膜的工藝參數(shù)為本底真空度3X 10_4Pa、襯底旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速30Hz、等離子體源功率80W、N2流量2408(011、順3流量50sccm、二茂鎂17sccm、工作壓強(qiáng)5. 5Torr ;沉積過程中采用了順序生長(zhǎng)Ga、In的方式，即先生長(zhǎng)Ga，生長(zhǎng)Ga的附加工藝條件為=Ga源溫度19°C、載氣H2流量Hsccm、襯底溫度760°C、沉積時(shí)間40分鐘，后生長(zhǎng)In，生長(zhǎng)In的附加工藝條件為1η源溫度18°C、載氣H2流量25sCCm、襯底溫度400_520°C、沉積時(shí)間1-2小時(shí)。本發(fā)明的原理分析為了滿足轉(zhuǎn)換效率高、抗輻射能力強(qiáng)、利用單一合金體系半導(dǎo)體材料的薄膜太陽(yáng)電池的制備要求，必須選用吸收系數(shù)高，載流子遷移率高，抗輻射能力強(qiáng)、帶隙變化范圍寬的材料來(lái)制備薄膜太陽(yáng)電池。InN的禁帶寬度為O. 6-0. 7eV。因此，InxGai_xN三元氮化物(GaN 和InN的固溶體或混晶半導(dǎo)體)的禁帶寬度覆蓋的光子能范圍很寬，為O. 6 3. 4eV(GaN的禁帶寬度為3. 4eV)，可隨其中In含量X的變化在該范圍內(nèi)連續(xù)變化。這提供了對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)光譜幾乎完美的匹配帶隙，從而也為利用單一三元合金體系的半導(dǎo)體材料來(lái)設(shè)計(jì)、制備更為高效的多結(jié)太陽(yáng)電池提供了可能。理論上，基于InN基材料的太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率可能接近太陽(yáng)電池的理論極限轉(zhuǎn)換效率72%。理論計(jì)算得到結(jié)構(gòu)為P-InxGa1JVn-InxGahN/襯底的InxGa1J太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率為27. 3%，高于目前通常半導(dǎo)體材料太陽(yáng)電池的理論值；結(jié)構(gòu)為η-Ιη^^Ν/ρ-Ιη^^Ν/襯底的InxGa1J單量子阱太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率為36. 49%。InxGahN太陽(yáng)電池的優(yōu)勢(shì)分析I)同CuInGaSe2 (CIGS)薄膜太陽(yáng)電池中的吸收層CuInGaSe2薄膜一樣，InxGa1^xN薄膜也是直接帶隙半導(dǎo)體，吸收系數(shù)高(其值的數(shù)量級(jí)達(dá)到105)，比Si、GaAs等高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，適合制備更薄、更輕，材料使用更少的高效薄膜太陽(yáng)電池，尤其適合制備航天航空應(yīng)用的太陽(yáng)電池(盡可能地減輕重量)。2) InxGahN更適合制備高效多結(jié)串聯(lián)太陽(yáng)電池。在同一沉積系統(tǒng)中，可通過改變In含量，制備禁帶寬度在O. 6-3. 4eV范圍內(nèi)連續(xù)變化的InxGai_xN，從而制備多結(jié)串聯(lián)的InxGahN太陽(yáng)電池，比采用多種不同的半導(dǎo)體材料制備多結(jié)太陽(yáng)電池如CIGS太陽(yáng)電池更方便。而且，InxGahN的禁帶寬度在O. 6-3. 4eV范圍內(nèi)可連續(xù)變化還能夠使組成InxGai_xN電池的各P型、η型InxGahN材料的禁帶寬度達(dá)到理想組合，制備效率更高的太陽(yáng)電池。理論計(jì)算得到結(jié)構(gòu)為P-InxGahNAi-InxGa^N/襯底的雙結(jié)和三結(jié)InxGai_xN太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率分別為36. 6%和41. 3%，高于目前通常半導(dǎo)體材料太陽(yáng)電池的理論值。3)InN、GaN的電子遷移率都較高，有利于減少載流子的復(fù)合，使太陽(yáng)電池的短路電流密度增大，從而提高電池的效率。4)外層空間是III- V族半導(dǎo)體合金材料串聯(lián)太陽(yáng)電池應(yīng)用的主要場(chǎng)所，而空間太陽(yáng)電池退化的主要原因是由于質(zhì)子和電子在幾電子伏特到幾億電子伏特的能量范圍內(nèi)撞擊引起的。與GaAs、GaInP等光伏材料相比，InxGai_xN在抵御高能粒子輻射方面具有更強(qiáng)的抗輻射能力，從而給在空間受到強(qiáng)輻射的高效太陽(yáng)電池提高了巨大的應(yīng)用潛力?？傊?yáng)光譜材料系InxGahN基太陽(yáng)能電池具有轉(zhuǎn)換效率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在太空及特殊場(chǎng)合中具有極其重要的應(yīng)用前景。
理想太陽(yáng)電池要求吸收層材料的帶隙為I. 1-1. 7eV,理想值約I. 45eV。因此，根據(jù)關(guān)系式可計(jì)算得作為吸收層的InxGahN薄膜中，x的范圍為O. 50-0. 75，理想值為O. 59，即高效InxGahN薄膜太陽(yáng)電池需要In含量較高的InxGal-xN吸收層。目前所報(bào)道的模擬電池中，InxGa1J的x值較大(大于O. 5)，帶隙較小(小于2eV)，因此電池的效率也很高。而實(shí)際制備的太陽(yáng)電池中InxGapxN薄膜的x值均較小,一般小于O. 3，薄膜的帶隙較大,一般大于2eV，因此所制備的電池效率也較小。InN材料的離解溫度較低，在600°C左右就分解了，這就要求在低溫下生長(zhǎng)InN或In含量較高的InxGai_xN，同時(shí)，溫度過低，生長(zhǎng)的InN或InxGa1J薄膜的質(zhì)量一般較差，不能滿足光伏應(yīng)用；而作為氮源的NH3，其分解溫度較高，要求1000°C左右。這是InN或In含量較大的InxGahN生長(zhǎng)的一對(duì)矛盾，也是制備高質(zhì)量InN或In含量較大的InxGa1J薄膜的關(guān)鍵技術(shù)難題。生長(zhǎng)該薄膜涉及到多方面問題，包括1η和Ga的原子半徑不同，導(dǎo)致二者在薄膜中的擴(kuò)散速度不同，InN和GaN的原子間距有很大的差別；InN和GaN的蒸氣壓不同；作為·氮源的氨氣的分解等。這些問題對(duì)高質(zhì)量、高In含量InxGahN薄膜生長(zhǎng)的不利影響可通過優(yōu)化各工藝參數(shù)減到最小，例如，較低的襯底溫度，較大的V / III流量比，較小的生長(zhǎng)速率和工作壓強(qiáng)等。在這些工藝參數(shù)中，低溫生長(zhǎng)該種薄膜尤其關(guān)鍵，而低溫生長(zhǎng)InxGahN薄膜有利于In注入的機(jī)理也就成為一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題生長(zhǎng)溫度降低時(shí)，一方面可減弱薄膜表面對(duì)In原子的解吸附作用，有利于In注入；另一方面，低溫下氨氣的分解也減弱，化學(xué)反應(yīng)需要的N減少，導(dǎo)致生長(zhǎng)速率減小，從而也減弱了 In的注入。這兩種現(xiàn)象共同作用，同時(shí)由于In的原子半徑比Ga的大，其外擴(kuò)散產(chǎn)生的應(yīng)變能比Ga小，因此在二者的外擴(kuò)散過程中，In總是優(yōu)先擴(kuò)散出來(lái)，導(dǎo)致薄膜表面In原子的密度增大，增大了形成In串的幾率。In串達(dá)到臨界尺寸后熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大，最后形成In滴(In原子在薄膜表面堆積，而不是與N原子通過共價(jià)鍵形成InxGai_xN薄膜)，即In的分離。生長(zhǎng)溫度越低，形成In滴的尺寸就越大，數(shù)量也越多。這些In滴如同水池蓄水一樣，不斷地獲取薄膜表面可得到的In原子。該過程與In注入InxGahN薄膜的過程屬于兩個(gè)相反的競(jìng)爭(zhēng)過程，都從薄膜表面獲取可得到的In原子。競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果決定了InxGahN薄膜的In含量和結(jié)晶質(zhì)量。V / III流量比的增大能夠抑制InxGahN薄膜生長(zhǎng)過程中的In分離。氨氣流量增大后，從氨氣中分解出來(lái)的N基數(shù)量增多，能夠與更多的In化合形成化合物，從而減少了薄膜表面的In原子數(shù)量，即減弱了 In原子在薄膜表面的積聚，有利于In的注入。In注入還受到InxGa1J薄膜的生長(zhǎng)速率和工作壓強(qiáng)的影響。在InxGa1J薄膜生長(zhǎng)過程中，增大生長(zhǎng)速率和工作壓強(qiáng)，降低襯底溫度可抑制In在薄膜的解吸附作用，有如In被所生長(zhǎng)的薄膜捕獲或陷阱，從而有效地增強(qiáng)In的注入。然而，在這種沉積條件下，In注入的增強(qiáng)是以犧牲薄膜結(jié)晶質(zhì)量為代價(jià)的薄膜表面形成In滴，薄膜中成分不均勻，發(fā)生相分離。原因是In吸附原子在薄膜表面的徙動(dòng)速率減小。因此，低溫生長(zhǎng)高In含量的InxGahN薄膜時(shí)，可通過減小生長(zhǎng)速率和工作壓強(qiáng)沉積高質(zhì)量的薄膜。原因減小生長(zhǎng)速率和工作壓強(qiáng)后，可使In吸附原子在薄膜表面有足夠長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行規(guī)則排列，提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和其它特性。因此，必須綜合考慮各工藝參數(shù)之間的相互影響，并優(yōu)化各工藝條件，沉積高質(zhì)量、高In含量的InxGahN薄膜。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該氮銦鎵InxGahN薄膜對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)光譜具有幾乎完美的匹配帶隙，且其吸收系數(shù)高，載流子遷移率高、抗輻射能力強(qiáng)，將氮銦鎵InxGahN薄膜進(jìn)行Mg摻雜后成為P型半導(dǎo)體薄膜，用作氮銦鎵InxGahN薄膜太陽(yáng)電池的窗口層，為利用單一半導(dǎo)體材料來(lái)設(shè)計(jì)、制備更為高效的多結(jié)太陽(yáng)電池提供了可能；其制備方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用，尤其在太空及特殊場(chǎng)合中具有極其重要的應(yīng)用前景。


附圖為在2英寸拋光p-Si (100)襯底上MOCVD沉積InxGapxN薄膜的X射線衍射XRD的顯示圖。
具體實(shí)施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例I :一種空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜的制備方法，采用MOCVD沉積系統(tǒng)制備，所述MOCVD沉積系統(tǒng)為高真空高溫等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)源化學(xué)氣相沉積(HHPEM0CVD)裝置，該裝置設(shè)有兩個(gè)真空室，即進(jìn)樣室和沉積室，制備步驟如下I)對(duì)2英寸拋光p-Si (100)襯底表面進(jìn)行表面等離子體清洗在HHPEM0CVD的進(jìn)樣室，2英寸拋光p_Si (100)襯底在氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氛圍中進(jìn)行等離子體處理，氬氣和氮?dú)獾馁|(zhì)量流量比為20:4、等離子體體清洗電源的燈絲電壓為75V、加速電壓為110V。該處理保證了樣品表面的清潔和工藝的可靠性，同時(shí)也增強(qiáng)了隨后沉積的薄膜與襯底間的結(jié)合強(qiáng)度，而且氮?dú)鈱?duì)襯底表面的預(yù)處理有利于隨后沉積InxGa1^xN薄膜時(shí)In與N的化合,從而有利于In在薄膜中的注入。2)沉積 P-InxGa1^N 薄膜沉積InxGahN薄膜把經(jīng)過等離子體清洗后的2英寸拋光p_Si (100)襯底送入HHPEM0CVD的沉積室，以三甲基銦(TMIn)為In源、以三甲基鎵(TMGa)為Ga源、以氨氣(NH3)為N源，采用MOCVD工藝在襯底表面沉積一層InxGai_xN，同時(shí)摻入二茂鎂進(jìn)行Mg摻雜，工藝參數(shù)為本底真空度3X 10_4Pa、襯底旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速30Hz、等離子體源功率80W、N2流量240sccm、NH3流量50sccm、二茂鎂17sccm、工作壓強(qiáng)5. 5Torr ;沉積過程中采用了順序生長(zhǎng)Ga、In的方式，即先生長(zhǎng)Ga，生長(zhǎng)Ga的附加工藝條件為Ga源溫度191、載氣!12流量Hsccm、襯底溫度760°C、沉積時(shí)間40分鐘，后生長(zhǎng)In，生長(zhǎng)In的附加工藝條件為1η源溫度18°C、載氣H2流量25SCCm、襯底溫度470°C、沉積時(shí)間90分鐘，制得空穴型氮銦鎵P-InxGa1^xN 薄膜。附圖為在2英寸拋光p-Si (100)襯底上MOCVD沉積InxGapxN薄膜的X射線衍射XRD的顯示圖。圖中顯示本發(fā)明在P-Si (100)襯底上MOCVD沉積所形成的InxGai_xN薄膜In含量為O. 4692、厚度為O. 56 μ m。實(shí)施例2 一種空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜的制備方法，采用MOCVD沉積系統(tǒng)制備，所述MOCVD沉積系統(tǒng)為高真空高溫等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)源化學(xué)氣相沉積(HHPEM0CVD)裝置，該裝置設(shè)有兩個(gè)真空室，即進(jìn)樣室和沉積室，制備步驟如下I)對(duì)2英寸藍(lán)寶石襯底表面進(jìn)行表面等離子體清洗，具體為在HHPEM0CVD的進(jìn)樣室，2英寸藍(lán)寶石襯底在氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氛圍中進(jìn)行等離子體處理，氬氣和氮?dú)獾馁|(zhì)量流量比為20:4、等離子體體清洗電源的燈絲電壓為70V、加速電壓為100V。該處理保證了樣品表面的清潔和工藝的可靠性，同時(shí)也增強(qiáng)了隨后沉積的薄膜與襯底間的結(jié)合強(qiáng)度，而且氮?dú)鈱?duì)襯底表面的預(yù)處理有利于隨后沉積InxGahN薄膜時(shí)In與N的化合，從而有利于In在薄膜中的注入。2)沉積InxGa1J薄膜把經(jīng)過等離子體清洗后的2英寸藍(lán)寶石襯底送入HHPEM0CVD的沉積室，以三甲基銦(TMIn)為In源、以三甲基鎵(TMGa)為Ga源、以氨氣 (NH3)為N源，采用MOCVD工藝在襯底表面沉積一層InxGai_xN，同時(shí)摻入二茂鎂進(jìn)行Mg摻雜，工藝參數(shù)為本底真空度3X 10_4Pa、襯底旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速30Hz、等離子體源功率80W、N2流量240sccm、NH3流量50sccm、二茂鎂17sccm、工作壓強(qiáng)5. 5Torr ;沉積過程中采用了順序生長(zhǎng)Ga、In的方式，即先生長(zhǎng)Ga，生長(zhǎng)Ga的附加工藝條件為Ga源溫度191、載氣!12流量Hsccm、襯底溫度760°C、沉積時(shí)間40分鐘，后生長(zhǎng)In，生長(zhǎng)In的附加工藝條件為1η源溫度18°C、載氣H2流量25SCCm、襯底溫度500°C、沉積時(shí)間80分鐘，制得空穴型氮銦鎵P-InxGa1^xN薄膜。檢測(cè)表明該InxGa1^xN薄膜In含量為O. 4176、厚度為O. 47 μ m。綜上所述，為了制備轉(zhuǎn)換效率高、抗輻射能力強(qiáng)的全太陽(yáng)光譜材料系薄膜太陽(yáng)電池，本發(fā)明提供了一種用于制備高效率薄膜太陽(yáng)電池的P-InxGahN薄膜。氮銦鎵InxGai_xN提供了對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)光譜幾乎完美的匹配帶隙，從而也為利用單一半導(dǎo)體材料來(lái)設(shè)計(jì)、制備更為高效的多結(jié)太陽(yáng)電池提供了可能，且其吸收系數(shù)高，載流子遷移率高，抗輻射能力強(qiáng)。氮銦鎵InxGahN薄膜進(jìn)行受主摻雜后成為P型半導(dǎo)體薄膜，用作氮銦鎵InxGai_xN薄膜太陽(yáng)電池的吸收層。此外，本發(fā)明還公開了用于制備高效率薄膜太陽(yáng)電池的P-InxGa1J薄膜的制備方法，該制備方法工藝條件方便易行，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用，尤其在太空及特殊場(chǎng)合中具有極其重要的應(yīng)用前景。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜，其特征在于化學(xué)分子式為InxGai_xN，式中x為O.3-0. 8，導(dǎo)電類型為P型，即Mg摻雜空穴型；該空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜沉積在襯底上，薄膜厚度為O. 2-0. 6 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜，其特征在于所述襯底為藍(lán)寶石、SiC、Si或玻璃。
3.—種如權(quán)利要求I所述空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜的制備方法，其特征在于采用MOCVD沉積系統(tǒng)制備，所述MOCVD沉積系統(tǒng)為高真空高溫等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)源化學(xué)氣相沉積(HHPEM0CVD)裝置，該裝置設(shè)有兩個(gè)真空室，即進(jìn)樣室和沉積室，制備步驟如下 1)在MOCVD沉積系統(tǒng)的進(jìn)樣室中，對(duì)襯底表面進(jìn)行表面等離子體清洗； 2)在MOCVD沉積系統(tǒng)的沉積室中，以三甲基銦(TMIn)為In源、以三甲基鎵(TMGa)為Ga源、以氨氣(NH3)為N源，采用MOCVD工藝在襯底表面沉積一層InxGai_xN，同時(shí)摻入二茂鎂進(jìn)行Mg摻雜，制得空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜的制備方法，其特征在于所述對(duì)襯底表面進(jìn)行等離子體清洗方法為在HHPEM0CVD的進(jìn)樣室中，將襯底在氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氛圍中進(jìn)行等離子體處理，氬氣和氮?dú)獾馁|(zhì)量流量比為20:4、等離子體體清洗電源的燈絲電壓為60-80V、加速電壓為80-120V。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述空穴型氮銦鎵P-InxGahN薄膜的制備方法，其特征在于所述在襯底表面沉積一層氮銦鎵薄膜的工藝參數(shù)為本底真空度3X10_4Pa、襯底旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速30Hz、等離子體源功率80W、N2流量240sccm、NH3流量50sccm、二茂鎂17sccm、工作壓強(qiáng)5.5Torr ;沉積過程中采用了順序生長(zhǎng)Ga、In的方式，即先生長(zhǎng)Ga，生長(zhǎng)Ga的附加工藝條件為Ga源溫度19°C、載氣H2流量Hsccm、襯底溫度760°C、沉積時(shí)間40分鐘，后生長(zhǎng)In，生長(zhǎng)In的附加工藝條件為1η源溫度18°C、載氣H2流量25sCCm、襯底溫度400-520°C、沉積時(shí)間1-2小時(shí)。
全文摘要
一種空穴型氮銦鎵p-InxGa1-xN薄膜，化學(xué)分子式為InxGa1-xN，式中x為0.3-0.8，導(dǎo)電類型為p型，即Mg摻雜空穴型，薄膜厚度為0.2-0.6μm；其制備方法是首先在MOCVD沉積系統(tǒng)的進(jìn)樣室中，對(duì)襯底表面進(jìn)行表面等離子體清洗，然后在MOCVD沉積系統(tǒng)的沉積室中，采用MOCVD工藝在襯底表面沉積一層Mg摻雜InxGa1-xN薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該空穴型InxGa1-xN薄膜對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)光譜具有幾乎完美的匹配帶隙，且其吸收系數(shù)高，載流子遷移率高、抗輻射能力強(qiáng)，為利用單一半導(dǎo)體材料來(lái)設(shè)計(jì)、制備更為高效的多結(jié)太陽(yáng)電池提供了可能；其制備方法簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)單易行，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C30B25/02GK102899634SQ20121046147
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者薛玉明, 宋殿友, 潘宏剛, 朱亞東, 劉君, 尹振超, 辛治軍, 馮少君, 張嘉偉, 劉浩, 尹富紅 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)