(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利H10F10/142(2025.01)審查員曹如水汪洋徐培強林曉珊張銀橋公司36129一種超晶格空間GaInP/InGaAs/Ge電池外延片的制造方法收的光譜范圍較寬，導(dǎo)致其電流密度遠大于分別在中電池和頂電池的基區(qū)中引入超晶格結(jié)p-GalnAsp-GalnPp-GalnPp-GalnP21.一種超晶格空間GaInP/InGaAs/Ge電池外延片的制造方法，其特征在于：在中電池和頂電池分別引入GaAsP/GaInAs和GaInP/AlGaInP超晶格層，具體步驟如下：運用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀設(shè)備(MetalOrgaDeposition,MOCVD),在p-Ge襯底上依次沉積n-AlGaI襯底材料為p型Ge襯底，摻雜Ga源、摻雜濃度為0.2E18～3E18cm3,厚度為130～150μm,n++-GaAs/p++-GaAs隧穿結(jié)摻雜濃度為≥5×10?cm?3,p+-GaAs層沉積厚度為0.01-0.03μm,摻雜CCl?源、摻雜濃度為≥p-GaInAs基區(qū)層沉積總厚度為0.3μm,分三層，每層0.1μm,三層間插入兩組超晶格結(jié)超晶格材料為GaAsP/GaInAs,阱層厚度逐漸減??；n-GaInAs發(fā)射區(qū)層沉積厚度為0.1μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為1×101?cm3;n-AlInP窗口層沉積厚度為0.1μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為1×101?cm3;n++-GaInP/p++-AlGaAs隧穿結(jié)層，其中n++-GaInP層沉積厚度為0.01-0.03μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為≥5×10?cm?3,p++-Al1GaAs層沉積厚度為0.01-0.03μm,摻雜CCl?源、摻雜濃度為≥5×101?cm?3;p-GaInP基區(qū)層沉積厚度為0.2μm,分兩層，每層0.1μm,兩層間插入超晶格結(jié)構(gòu)，摻雜超晶格材料為GaInP/AlGaInP,阱層厚度逐漸減?。籲-GaInP發(fā)射區(qū)層沉積厚度為0.1μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為1×101?cm3;n-AlInP窗口層沉積厚度為0.1μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為1×101?cm3;n+-GaAs歐姆接觸層沉積厚度為0.5μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度大于5×1018cm3;在GaAsP/GaInAs超晶格中，阱層材料為Gao.94In??As,壘層的材料為GaAs?.5P?.5;GaInAs在GaInP/AlGaInP超晶格中，阱層材料為Gao.45In?.5P,壘層材料為(Al。.1Gao.9)?.5In?5P;3一種超晶格空間GalnP/InGaAs/Ge電池外延片的制造方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及電池外延片的制造方法，尤其是涉及一種超晶格空間GaInP/InGaAs/Ge電池外延片的制造方法。背景技術(shù)[0002]GaAs太陽能電池是目前空間衛(wèi)星最主要的動力來源，它相比于其它光伏電池具有光電轉(zhuǎn)化效率高、抗輻照性能好等特點。GaAs太陽能電池目前具有多種結(jié)構(gòu)和類型，其中晶格匹配的GaInP/InGaAs/Ge三結(jié)太陽能電池是最常用的結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中，GaInPGe三種材料晶格參數(shù)匹配，禁帶寬度固定，各節(jié)電池負責吸收一定波長范圍的光譜。GaInP/InGaAs/Ge三結(jié)電池中Ge材料禁帶寬度較小，吸收的光譜范圍較寬，導(dǎo)致其電流密度遠大于InGaAs中電池和GaInP頂電池層，造成了太陽光的利用率的損失。[0003]為了改善常規(guī)GaInP/InGaAs/Ge三結(jié)太陽能電池電流不匹配的情況，一種方法是在GaInP頂電池和InGaAs中電池中分別插入量子阱結(jié)構(gòu)。量子阱結(jié)構(gòu)雖然可以加寬中電池和頂電池的吸收光譜寬度、改善電池的抗輻照性能，增加電池的整體電流密度，但量子阱結(jié)構(gòu)中壘層形成的勢壘，對光生載流子起到了限制作用，使得光子的收集能力減弱，對電池短路電流和開路電壓形成了負面的影響，使得量子阱結(jié)構(gòu)的引入對電池的性能并未有明顯的改善。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種改善空間量子阱結(jié)構(gòu)GaInP/InGaAs/Ge電池對光子載流子收集效率、提高光電轉(zhuǎn)化效率的超晶格空間GaInP/InGaAs/Ge電池外延片的制造方法。[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：區(qū)層、發(fā)射區(qū)層、AlGaAs背場層、AlInP窗口層構(gòu)成的中電池和由GaInP基區(qū)層、發(fā)射區(qū)層、AlGaInP背場層、AlInP窗口層構(gòu)成的頂電池中分別引入GaAsP/GaInAs和GaInP/AlGaInP超晶格層，其中中電池超晶格GaAsP層沉積厚度控制在10～20nm,頂電池超晶格AlGaInP層沉積厚度控制在10～20nm,中電池和頂電池分別插入兩個和一個超晶格結(jié)構(gòu)。具體步驟如下：[0007]運用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀設(shè)備(MetalOrganicChemicalVaporDeposition,MOCVD),在p-Ge襯底上依次沉積n-AlGaIGaInAs基區(qū)層，p-GaInAs基區(qū)層中沉積兩個獨立的GaAsP/GaInAs超晶格結(jié)構(gòu)，再沉積n-GaInP基區(qū)層，p-GaInP基區(qū)層中沉積1個獨立的GaAsP/GaInAs超晶格結(jié)構(gòu)，再沉積n-GaInP[0008]襯底材料為p-Ge,厚度為130～150μm,摻雜Ga源、摻雜濃度為0.2E18～3E18cm?3,9°4[0010]n-GaAs/n-GaInAs緩沖層沉積厚度為0.5μm,摻雜濃度為≥1×101cm?3。[0011]n++-GaAs/p++-GaAs隧穿結(jié)層，其中n++-GaAs層沉積厚度為0.01～0.03μm,摻雜濃度為≥5×101cm?3,p++-GaAs層沉積厚度為0.01～0.03μm,摻雜濃度為≥1×101?cm3。[0012]p-AlGaAs/p-AlGaInAs(DBR)反射層沉積厚度為1.8μm,摻雜濃度為5×101?cm3。[0017]n-AlInP窗口層沉積厚度為0.1[0018]n++-GaInP/p++-AlGaAs隧穿結(jié)層，其中n++-雜濃度為≥5×101?cm?3,p++-A1GaAs層沉積厚度為0.01～0.03μm,摻雜濃度為≥5×101?cm摻雜濃度為1～8×101?cm?3。[0021]GaInP/AlGaInP超晶[0022]n-GaInP發(fā)射區(qū)層沉積厚度為0.1μm,摻雜濃度為1×101cm3。[0023]n-AlInP窗口層沉積厚度為0.1[0024]n+-GaAs歐姆接觸層沉積厚度為0.5μm,摻雜濃度大于5×101cm3。[0025]由于將超晶格結(jié)構(gòu)中的壘層變薄，使得相鄰阱結(jié)構(gòu)中能帶從孤立到雜化，使得整個超晶格相鄰阱之間形成連續(xù)的能帶分布。通過阱寬度的逐漸遞減的設(shè)計，使得光子載流子在內(nèi)建電場的作用下，形成共振隧穿，減少了光生載流子的復(fù)合，克服了量子阱結(jié)構(gòu)壘層限制的弊端，從而改善了電池性能。[0026]和常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明是分別在中電池和頂電池基區(qū)層中間插入超晶格結(jié)構(gòu)，即：本發(fā)明通過在中電池的p-GaInAs基區(qū)層和頂電池的p-GaInP基區(qū)之中分別引入GaAsP/GaInAs超晶格和GaInP/AlGaInP超晶格結(jié)構(gòu)，因而能加寬電池的吸收光譜寬度，改善電池的的抗輻照性能，提升光生載流子的收集效率，從而提高了空間GaInP/InGaAs/Ge電池外延片的光電轉(zhuǎn)化效率，使電池性能進一步改善。附圖說明[0027]圖1是本發(fā)明涉及到的外延層結(jié)構(gòu)的示意圖。[0028]圖2是本發(fā)明涉及的中電池和頂電池超晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖；超晶格結(jié)構(gòu)由阱層和壘層交叉組成。[0029]附圖標記：5[0030]100:P型Ge襯底；[0032]102:n-GaAs/GaInAs[0033]103:n++-GaAs/p++-GaAs隧穿結(jié)層；[0034]104:p-AlGaAs/p-AlGaInAs(DBR)反射層；[0036]106:p-GaInAs基區(qū)層和GaAsP/GaInAs超晶格層；[0037]107:n-GaInAs發(fā)射區(qū)層；[0039]109:n++-GaInP/p++-AlGaAs隧穿結(jié)層；[0041]111:p-GaInP基區(qū)層和GaInP/AlGaInP超晶格層；[0042]112:n-GaInP發(fā)射區(qū)層；[0044]114:n+-GaAs歐姆接觸層。具體實施方式[0045]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。[0046]下面結(jié)合實例并對照附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。[0047]一種超晶格空間GaInP/InGaAs/Ge電池外延片的制造方法，采用的設(shè)備為德國AXITRON公司生產(chǎn)的2600G3型MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition,金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)。襯底為p型Ge襯底，摻雜Ga源、摻雜濃度為0.2E18～3E18cm?3,厚度使用的特氣為AsH?和PH?;[0048]具體步驟如下：[0049]A、MOCVD反應(yīng)室升溫至400℃通入PH?,將反應(yīng)室升溫至690℃,壓力設(shè)為230mbar,在p-Ge襯底表面通過P擴散形成N型摻雜約1×101cm?3的Ge子電池。將反應(yīng)室溫度降至6200.01μm,摻雜源SiH?、摻雜濃度為1～2×101?cm3;[0050]B、反應(yīng)室升溫至650℃、壓力控制在450mbar,在n-AlGaInP成核層上沉積n-GaAs/n-GaInAs緩沖層，n-GaAs/n-GaInAs緩沖層沉積厚度0.5μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為≥1×[0051]C、反應(yīng)室將溫至630℃、壓力控制在50mbar,在GaAs/GaInAs緩沖層上沉積n++-GaAs層，其中n++-GaAs層沉積厚度為0.01-0.03μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為≥5×101cm3,反應(yīng)降溫至620℃,在n++-GaAs層上以沉積p++-GaAs層，p++-GaAs層沉積厚度為0.01-0.03μm,摻雜CCl?源、摻雜濃度為≥1×101?cm3;6[0052]D、反應(yīng)室溫度升高至650濃度為2～8×101?cm?3,再沉積超晶格結(jié)構(gòu)，GaAsP/GaInAs層交替生長，GaAsP層沉積厚度[0055]G、在p-GaInAs基區(qū)層上以650℃溫度沉積n-GaInAs發(fā)射區(qū)層，n-GaInAs發(fā)射區(qū)層[0056]H、在GaInAs發(fā)射區(qū)層上以650℃溫度沉積n-AlInP窗口層，n-AlInP窗口層沉積厚+-GaInP層沉積厚度為0.01-0.03μm,摻雜SiH?源、摻雜濃度為≥5×101?cm?3,p++-AlGaAs層[0058]J、在GaInP/AlGaAs隧穿結(jié)層上以620℃溫度沉積p-0.06μm、0.045μm、0.03μm,摻雜DEZn源、摻雜濃度1～8×101?cm?3。再同樣的條件沉積p-[0060]L、在GaInP基區(qū)層上以630℃溫度沉積n-GaInP發(fā)射區(qū)層，n-GaInP發(fā)射區(qū)層沉積厚[0061]M、在GaInP發(fā)射區(qū)層上以630℃溫度沉積n-AlInP窗口層，n-AlInP窗口層沉積厚度[0062]N、在AlInP窗口層上以630℃溫度沉積n+-GaAs歐姆接觸層，n+-GaAs歐姆接觸層沉[0063]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而