一種電子型氮化鎵n-GaN薄膜及其製備方法

2023-04-26 17:04:06

專利名稱：一種電子型氮化鎵n-GaN薄膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及薄膜太陽電池技術領域，特別是一種電子型氮化鎵n-GaN薄膜及其製備方法。
背景技術：
III族氮化物BN、AIN、GaN, InNdI1-N)等及其多元合金化合物是性能優越的新型半導體材料(直接帶隙半導體材料)，在太陽電池，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用，有著十分廣闊的應用前景。隨著近年來對InN的研究發展(尤其是InN的禁帶寬度)，為設計、製備新型高效太陽電池奠定了理論和實驗基礎:2002年以前，InN的禁帶寬度一直被認為為1.9eV，自2002年後，對InN禁帶寬度的認識有了新的突破，為0.6-0.7eV。因此，InxGa^N三元氮化物(GaN和InN的固溶體或混晶半導體)的禁帶寬度覆蓋的光子能範圍很寬，為
0.6-3.4eV(GaN的禁帶寬度為3.4eV)，可隨其中In含量x的變化在該範圍內按如下關係式連續變化:
權利要求
1.一種電子型氮化鎵n-GaN薄膜，其特徵在於:化學分子式為GaN，導電類型為η型，gpSi摻雜電子型；該氮化鎵薄膜沉積在襯底上，厚度為0.6-1 μ m。
2.根據權利要求1所述電子型氮化鎵n-GaN薄膜，其特徵在於:所述襯底為藍寶石、SiC, Si或玻璃。
3.—種如權利要求1所述電子型氮化鎵n-GaN薄膜的製備方法，其特徵在於:採用MOCVD沉積系統製備，所述MOCVD沉積系統為高真空高溫等離子體增強金屬有機源化學氣相沉積(HHPEM0CVD)裝置，該裝置設有兩個真空室，即進樣室和沉積室，製備步驟如下: 1)在MOCVD沉積系統的進樣室中，對襯底表面進行表面等離子體清洗； 2)在MOCVD沉積系統的沉積室中，以三甲基鎵(TMGa)為Ga源、以氨氣(NH3)為N源，採用MOCVD工藝在襯底表面沉積一層氮化鎵薄膜，同時摻入矽烷進行Si摻雜，即可製得電子型n-GaN薄膜。
4.根據權利要求3所述電子型氮化鎵n-GaN薄膜的製備方法，其特徵在於:所述對襯底表面進行等離子體清洗方法為:在HHPEM0CVD的進樣室中，將襯底在氬氣和氮氣的混合氣體氛圍中進行等離子體處理，氬氣和氮氣的質量流量比為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.根據權利要求3所述電子型氮化鎵n-GaN薄膜的製備方法，其特徵在於:所述在襯底表面沉積一層氮化鎵薄膜的工藝參數為:本底真空度3X 10_4Pa、襯底旋轉臺轉速30Hz、等離子體源功率80W、娃燒流量8sccm、N2流量240sccm、NH3流量50sccm、工作壓強5.5Torr>Ga源溫度19°C、載氣H2流 量Hsccm、襯底溫度760°C、沉積時間1_2小時。
全文摘要
一種電子型氮化鎵n-GaN薄膜，其化學分子式為GaN，導電類型為n型，即Si摻雜電子型，厚度為0.6-1μm；其製備方法是在MOCVD沉積系統的進樣室中，對襯底表面進行表面等離子體清洗，然後在沉積室中採用MOCVD工藝在襯底表面沉積Si摻雜氮化鎵薄膜。本發明的優點是該電子型氮化鎵n-GaN薄膜對應於太陽光譜具有幾乎完美的匹配帶隙，且其吸收係數高，載流子遷移率高、抗輻射能力強，將其用作氮銦鎵InxGa1-xN薄膜太陽電池的窗口層，為利用單一半導體材料來設計、製備更為高效的多結太陽電池提供了可能；其製備方法簡單、易於實施，有利於大規模的推廣應用，尤其在太空及特殊場合中具有極其重要的應用前景。
文檔編號C23C16/34GK103147064SQ20131010793
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者薛玉明, 宋殿友, 潘宏剛, 朱亞東, 劉君, 尹富紅, 辛治軍, 馮少君, 尹振超, 張嘉偉, 劉浩 申請人:天津理工大學