11.3.3 Производство фотоэлементов из арсенида галлия

Получение кристаллического арсенида галлия представляет собой несколько более сложный процесс по сравнению с получением кристаллического кремния, так как при соединении галлия с мышьяком происходит экзотермическая реакция. Кристаллы арсенида галлия чаще всего выращивают методом Чохральского с жидкостной герметизацией расплава. В соответствии с данным методом кристалл арсенида галлия вытягивают из расплава. Расплав арсенида галлия должен быть окружен слоем жидкого оксида бора. Но задача, прежде всего, состоит в получении расплава арсенида галлия. Для этих целей было разработано несколько методов, например, сначала расплавляют галлий, затем добавляют оксид бора, а затем через кварцевую трубку вводят мышьяк [22].

Однако, большинство современных фотоэлементов из арсенида галлия, производят путем выращивания пленки из арсенида галлия на соответствующей подложке. На Рис. 11.11 приведен пример строения простого фотоэлемента из арсенида галлия. Изготовление фотоэлемента начинается с выращивания слоя из арсенида галлия с проводимостью n-типа на подложке, как правило, из германия. Затем с целью формирования перехода и зоны осаждения выращивается слой из арсенида галлия с проводимостью p-типа. Ширина запрещенной энергетической зоны верхнего слоя из арсенид-алюмината галлия составляет около 1,8 эВ. Такая структура фотоэлемента позволяет снизить поверхностную рекомбинацию неосновных носителей заряда и пропускает фотоны ниже уровня с шириной энергетической зоны равной 1,8 эВ к переходу, что обеспечивает более полное поглощение фотонов.

ARC* – противоотражающее покрытие

Рисунок 11.11 Строение фотоэлемента из арсенида галлия с зоной из арсенид-алюмината галлия на подложке из неактивного германия

В последнее время появились данные об использовании другой конструкции фотоэлементов из арсенида галлия, в том числе с применением других химических соединений III-IV группы. На Рис 11.12 показана структура многослойного фотоэлемента из AlInP/GaInP/GaAs, выращенного методом молекулярной лучевой эпитаксии [23] и структура фотоэлемента из фосфата индия, изготовленного методом органометаллической газофазной эпитаксии [24] .

Рисунок 11.12 Многослойные фотоэлементы из AlInP/GaInP/GaAs и фосфата индия.

Описание характеристик каждой из зон этих фотоэлементов приведено в Таблице 11.1

Процесс эпитаксиального выращивания предполагает пропускание соответствующих газов, в составе которых имеются элементы необходимые для изготовления фотоэлемента, над поверхностью нагретой подложки. При соприкосновении газов с материалом подложки происходит разрыв химических связей между водородом или метилом и атомами индия, фосфора или галлия, в результате чего индий, фосфор или галлий осаждаются на материале подложки. Следовательно, для того, чтобы вырастить слой из фосфата индия с проводимостью p-типа, необходимо в нужных пропорциях смешать триметил индия, фосфористый водород (источник фосфора) и диэтил цинка (для образования акцепторных примесей), затем пропустить над разогретой поверхностью подложки в течение некоторого определенного промежутка времени до тех пор, пока не будет получен слой напыления необходимой толщины. Затем, для получения следующих слоев напыления необходимой толщины этот процесс повторяют, используя разные сочетания газов.

Таблица 11.1