Способ получения полупроводниковых твердых растворов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ для силовых диодов и солнечных элементов на основе по крайней мере двух полупроводниковых соединений, образующих непрерывный ряд твердых растворов , включакяций управление градиентом ширины запрещенной зоны раствора V Б U путем изменения его химичёскЪ .го состава и введение легирующей примеси в процессе его выращивания, чающийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик приборов путем увеличения длины смещения неравновесных., но сителей заряда, в качестве легирующей примеси используют примесь, создающую водородоподобные центры, с концентрацией N , лежащей в диапазоне NO , а изменение химического состава твердого раствора осуществляют согласно условию T E E-j-oi , ГдeN(J,EJ - значение предельной (Л растворимости и энергии ионизации введенной примеси соответственно; ос - значение коэффициента поглощения света в точке X для фотонов с энергиг ей h-J Ej (Х) -Е; ; - эффективное время жизни Од неравновесных носителей заряда. ал ел 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК g 4 Н 01 Ь 21/322

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 f ) 3436324/18-25 (22) 04.05.82 (46) 07.01.86. Бюл. Ф 1 (71) Ордена Ленина, физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) А.С.Волков, А.Л.Липко и Г.В.Царенков (53) 621.382 (088.8) (56) Ки М., Black I. Injection e Pectгорша.пез. cense in (Af, Ga < „) As

diodes of graded energy gap.

J. Appk. Phys., 1966, ч 37,. . р.3733.

Kroemer Н. Auasi-electric and

guasimagnetie fie ds in nonuniform

semicondortors.

RCA Rev., 1957, v. 18, р.332.

:(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ для си-. ловых диодов и солнечных элементов на основе по крайней мере двух полупроводниковых соединений, образующих непрерывный ряд твердых растворов, включающий управление градиентом ширины запрещенной эоны раствора путем изменения его химическо„„SU„„1061658 A. го состава и введение легирующей примеси в процессе его выращивания, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик приборов путем увеличения длины смещения неравновесных но. сителей заряда, в качестве легирующей примеси используют примесь, создающую водородоподобные центры, с концентрацией k, лежащей в диапазоне 10 / о и Й, а изменение химического состава твердого раствора осуществляют согласно условию

mE *E.; ж, где N „,,E; — значение предельной растворимости и энергии ионизацни введенной примеси соответственно; - значение коэффициента поглощения света в точке

Х для фотонов с энерги-, ей h = Е (Х) -Е. л

1 — эффективное время жизни неравновесных носителей заряда.

106.1 б58

Изобретение относится к полупро, водниковой технике, а именно к способам получения полупроводниковых твердых растворов, задача которых состоит в управлении электрическими параметрами полупроводника и, в .частности, диапазоном значений длин смещения неравновесных носителей заряда (ННЗ). Высокие значения длины смещения ННЗ необходимы для создания l0 ряда высокоэффективных полупроводниковых приборов, таких, например, как солнечные фотоэлементы, силовые диоды.

Известен опособ получения полу,проводниковых однородных твердых растворов с помощью газотранспортных реакций.

В известном способе для получения однородного полупроводникового твер- 2 дого раствора над поверхностью подлож-. ки прокачивают постоянную по составу газообразную смесь элементов, входящих в состав твердого раствора. Однако, длина смещения ННЗ в полученных та- 2 ким способом растворах, оказывается . несколько ниже длины смещенияННЗ в составляющих этот раствор полупроводниках, чЕ =E,, где N и Š— значения предельной о растворимости и энергии ионизации введенной примеси, соответственно; — значение коэффициента поглощения света в точке Х для фотонов с энергией hs = Еа (X)" — Е и ф — эффективное время жизни неравновесных носителей заряда.

Легирование полупроводникового твердого раствора примесью, создающей водоррдоподобные центры, по существу, означает введение в полупроводник центров излучательной рекомбинации. Образовавшиеся в результате излучательной рекомбинации неравновесных носителей заряда фотоны за счет самопоглощения образуют вторичные электронно-дырочные пары, Гакой . механизм обеспечивает фотонный пере-. нос ННЗ, посредством которого электронно-дырочные пары смещаются даже при нулевой подвижной НН3. Фотднный перенос играет определяющую роль в транспорте ННЗ в случае, когда излучательное время жизни 2„ меньше безызлучательного .Учитывая, что для прямоэонных полупроводников в случае примеси, создающей водородоподобные центры, „ 10 / N, à v о ь„„, для концентрации легирующей примеси получаем соотношение Н > 10 /ь, Концентрация легирующей примеси естественным образом ограничена сверху значением Й,, соответствующим предельной растворимости вводимой примеси. Создание ч Е в условиях фотонного переноса приводит к возникновению фотонного дрейфа ННЗ, направНаиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения полупроводниковых твердых растворов для силовых диодов и солнечных элементов, на основе по крайней мере двух полупроводниковых соединений, образующих непрерывный ряд твердых растворов, включающий управление градиентом ширины запрещенной зоны раствора ч Е, путем изменения его химического состава и введение легирующей примеси в процессе его выращивания. Наличие 9 Eg приводит к появлению кваэиэлектрического поля, обеспесивающего дрейф ННЗ в сторону уменьшения ширины запрещенной зоны

E) . Таким способом достигается увеличение длины смещения.ННЗ примерно в десять раз. Недостатком известного способа является невозможность дальнейшего увеличения длины смещения

ННЗ, поскольку при больших v E) воз" растает дефектность полупроводника.

Цель изобретения — улучшение электрических характеристик приборов путем увеличения длины смещения неравновесных носителей заряда.

Цель достигается тем, что в способе получения полупроводниковых твердых растворов для силовых диодов и солнечных элементов на основе по крайней мере двух полупроводниковых соединений, образующих непрерывный ряд твердых растворов, включающем управление градиентом ширины запрещенной зоны раствора ч Е, путем изменения его химического состава и введение легирующей примеси в процессе его выращивания, в качестве легирующей примеси используют примесь, создающую водородоподобные центры, с концентрацией N, лежащей в диапазоне 10 / < N N, а изменение химического состава твердого раствора осуществляют согласно условию

1061

Редактор Л.Письман Техред М.Пароцай

Корректор М.Максимишинец

Заказ 8555/5 Тираж 678

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная „4 ленного в сторону уменьшения ширины запрещенной зоны. Скорость фотонного дрейфа у„ максимальна при ч Г) "в Е; и . Это объясняется тем, что при малых градиентах ширины запрещенной эоны V, - к Е, а при большихЧ падает с ростом ч Е из-за быстрого роста коэффициента поглощения . с координатой в сторону уменьшения ширины запрещенной зоны. При макси- 1О мальной скорости фотонного дрейфа длина смещения ННЗ также достигает максимального значения, которое может значительно превосходить длину смещения в квазиэлектрическом поле. 1S

Пример реализации данного способа.

Способ применяют для получения твердого раствора на основе соединений GaAs A(As. Твердый раствор выращивают методом жидкостной эпитаксии, 2О при этом вводят легирующую примесь— цинк, который создает водородоподобные центры с энергией ионизации

18 мэВ. Концентрацию цинка устанавливают равной 5 10 см, что с одной

658 4 стороны меньше N = 5 10 см и с другой стороны больше 10 /С

10 см (= 10 с). В процессе вы ращивания осуществляют изменение химического состава твердого раствора таким образом, чтобы ч Е = .18 эВ/см, что удовлетворяет формуле изобретения, поскольку Е; К= 18 эВ/см, так как к = 10 см . При выполнении перечисленных условий достигнуто экспериментальное значение длины смещения

ННЗ при 77 К, равное 80 мкм.

Таким образом длина смещения ННЗ. в полученном полупроводниковом твер- дом растворе согласно изобретению практически на порядок превышает длину смещения ННЗ в прототипе, равную 10 мкм. Применение материалов на основе полупроводниковых твердых растворов с повышенными длинами смещения ННЗ позволяет улучшить характеристики полупроводниковых приборов, например пробивное напряжениЬ cHJio вых диодов, эффективность сочлененных элементов.