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InGaP/GaAs微结构材料GSMBE生长与特性及HBT和太阳电池器件研究

作　者: 陈晓杰
导　师: 李爱珍
学　校: 中国科学院上海冶金研究所
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 化合物半导体 分子束外延 异质结双极晶体管 太阳电池
分类号: TM914
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要


采用GSMBE技术，研究了GaAs、AlGaAs、InP、InGaP等薄膜材料及其异质结构的生长与特性，研究了InGaP/GaAs异质界面生长中的衬底温度和AsH3、PH3气氛切换及In、Ga束流强度的影响，获得了失配度Δa/a约10-4量级的高质量InGaP外延薄膜，通过优化材料结构生长出高性能的In0.49Ga0.51P/GaAs异质结双极晶体管微结构材料并制备出原型器件。设计的HBT微结构材料中采用了100nm的In0.49Ga0.51P宽禁带发射极和厚度为60nm、掺杂浓度为3×1019cm-3的掺Be GaAs基区及5nm非掺杂隔离层。 原型器件制作采用湿法化学腐蚀制作台面结构大尺寸HBT单管。测试结果表明器件具有良好的结特性和直流增益，BE、BC结正向开启电压为1.0V和0.65V，反向击穿电压分别达10V和12V，集电极电流密度280A/cm2时共发射极电流增益达320。分析了带有非掺杂隔离层的InGaP/GaAs HBT突变异质结空间电荷区的电势分布及HBT器件中的电流成分，就非掺杂隔离层等因素对器件特性的影响进行了讨论。 在AlGaAs/GaAs空间太阳电池研究中，就器件反向漏电、串并联电阻等因素对太阳电池输出特性影响进行了模拟，优化了p-n型Al0.85Ga0.15As/GaAs太阳电池器件工艺。分别采用真空蒸发AuBe/Au和AuGeNi/Au并合金化形成欧姆接触制作太阳电池正面栅线和背面电极；采用NH4OH：H2O2：H3PO4：H2O体系的选择性腐蚀液去除高掺杂的GaAs接触层；采用真空蒸发技术制备ZnS/MgF2双层复合减反射膜。成功制备出高效AlGaAs/GaAs太阳电池，AMO测试条件下，所制备的器件光电转换效率最高达22.23％。

全文目录


第一章 序言  8-10
第二章 文献综述  10-27
  2．1节 GaAs、InP基Ⅲ-V族化合物半导体材料应用背景  10-12
  2．2节 分子束外延技术简介  12-15
    2．2．1 MBE的由来  12-13
    2．2．2 MBE的基本原理及特点  13-14
    2．2．3 MBE的发展与现状  14-15
  2．3节 分子束外延技术与异质结构材料及器件  15-25
    2．3．1 异质结双极型晶体管  16-18
    2．3．2 高电子迁移率晶体管  18-21
    2．3．3 高效空间太阳电池  21-25
  2．4节 国内现状与本文目的  25-26
  2．5节 小结  26-27
第三章 GSMBE生长GaAs、InP基外延材料及特性表征  27-53
  3．1节 V80H GSMBE系统简介  27-30
  3．2节 GSMBE材料生长原理  30-33
  3．3节 GaAs、InP基外延材料的物理性质与表征手段  33-38
  3．4节 GaAs、InP材料的GSMBE生长及特性  38-41
    3．4．1 衬底准备  38-39
    3．4．2 GaAs、InP材料的生长  39-41
  3．5节 GSMBE生长AlGaAs、InGaP异质外延及特性研究  41-47
    3．5．1 异质外延组分与应变层临界厚度  41-43
    3．5．2 AlGaAs/GaAs材料的GSMBE生长  43-44
    3．5．3 InGaP/GaAs材料的GSMBE生长研究  44-47
  3．6节 GSMBE生长InGaP/（In）GaAs p沟道调制掺杂结构材料研究  47-52
  3．7节 小结  52-53
第四章 In_（0．49）Ga_（0．51）P/GaAs HBT材料生长、器件设计及器件工艺研究  53-90
  4．1节 引言  53-55
  4．2节 HBT的优点  55-57
    4．2．1 HBT与硅晶体管的比较  55-56
    4．2．2 HBT与场效应晶体管（FET）相比  56-57
  4．3节 HBT器件物理基础  57-69
    4．3．1 突变异质发射结空间电势分布  57-60
    4．3．2 突变异质发射结HBT电流模型  60-65
    4．3．3 几种改进的HBT结构模型  65-69
  4．4节 In_（0．49）Ga_（0．51）P/GaAs HBT微结构材料设计与生长研究  69-80
    4．4．1 结构参数的优化设计  69-77
    4．4．2 材料生长与表征  77-80
  4．5节 In_（0．49）Ga_（0．51）P/GaAs HBT器件制作与表征  80-89
    4．5．1 器件工艺设计  80-85
    4．5．2 性能表征与分析讨论  85-89
  4．6节 小结  89-90
第五章 高效Al_（0．85）Ga_（0．15）As/GaAs太阳电池研究  90-112
  5．1节 引言  90-91
  5．2节 半导体太阳电池等效模型  91-97
    5．2．1 pn结光伏效应  91-93
    5．2．2 半导体太阳电池等效电路分析  93-97
  5．3节 AlGaAs/GaAs太阳电池材料与器件结构  97-101
  5．4节 AlGaAs/GaAs太阳电池器件工艺优化研究  101-106
    5．4．1 电极制作  101
    5．4．2 电极合金化  101-102
    5．4．3 电极加厚工艺  102-103
    5．4．4 高掺杂GaAs接触层的选择性腐蚀  103-104
    5．4．5 减反射膜制备  104-106
  5．5节 电池性能参数测试与分析  106-111
  5．6节 小结  111-112
第六章 总结与展望  112-114
参考文献  114-124
参加科研项目情况  124-125
发表论文目录  125-126
个人简历  126

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池
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