高质量In0.68Ga0.32As%2fInAsxP1-x%2fInP热光伏电池材料的生长的研究.pdfVIP

第十三届全国固体薄膜学术会议（NCTSF2012 ，山东烟台，2012 年 8 月） 高质量 In Ga As/InAs P /InP 热光伏电池材料的生长研究  0.68 0.32 x 1‐x 朱亚旗* ，陆书龙，季莲，赵勇明，谭明 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 ，纳米器件与应用重点实验室，苏州市 215125； 摘 要：本文主要研究了在 InP 衬底上利用 MOCVD 外延技术成功生长了晶格失配大于 1.1%厚度 约为 3 微米的 In Ga As 薄膜材料；通过 As 组分的改变，在 InAs P 缓冲层中形成了张应变和压应 0.68 0.32 x 1-x 变相互交替补偿的结构，并通过这种结构使晶格失配产生的应力得到了有效释放，最终在InP 衬底上 得到了与 In0.68Ga0.32As 晶格相匹配的虚拟衬底；用原子力显微镜（AFM ）、高分辨XRD 等测试分析手 段证实，这种释放应力的方法能够有效提高 In0.68Ga0.32As 外延层的晶体质量。 关键词：In Ga As ， InAs P ，应力释放 0.68 0.32 X 1-X 1 引言 热光伏电池是将高温物体的辐射能转化为电能的一种器件，当黑体辐射源的温度为在 1200 度时， 对应的热光伏电池材料的禁带宽度约为 0.6eV，此时电池的转换效率和能量密度的将处于最佳；但是与 InP 衬底匹配的 InGaAs 材料禁带宽度为 0.74eV，要得到 0.6eV 的 In0.68Ga0.32As 材料就需要在 InP 衬底 上外延晶格失配的 In0.68Ga0.32As 材料，我们采用应力缓冲的方法来降低晶格失配带来的缺陷，并利用 InAs P 来作为应变缓冲层；在 InAs P 应变缓冲层的生长中，经常是通过线性渐变和步进法改变 x 1-x x 1-x InAsxP1-x 中 As 的组分，最终达到与顶层 In0.68Ga0.32As 材料晶格相匹配，本文采用一种新的生长方式， 通过改变 InAsxP1-x 缓冲层中 As 的组分形成张应变和压应变相互交替补偿的结构，这种结构比一般使用 的线性渐变和步进法能更有效释放晶格失配产生的应力，得到了高质量的In0.68Ga0.32As 外延材料。 2 实验 本文中 InP 衬底上生长晶格失配的 In0.68Ga0.32As 材料是利用 AIXTRON 的 200/4 型的 MOCVD 生 长，以三甲基铟(TMIn)为 In 源、三甲基镓(TMGa)为 Ga 源、AsH3 和 PH3 分别为 As 、P 源，以（001 ） InP 作为衬底，温度为 680℃进行生长。样品的生长过程为：首先在(001) InP 衬底上生长 InP 的缓冲层 约 60nm 厚；接着生长 InAs P 渐变缓冲层，控制生长速率在 0.25nm/s 左右, As 的组分在 InAs P 中 X 1-X X 1-X 为 7.6%～32.5%，先生长一层 As 组分低的 InAs P ，接着再生长一层 As 组分高的 InAs P ，用这 X 1-X X 1-X 种方式依次生长，共生长 14 层，每一层的厚度为 150nm，在生长中通过 As 组分的调控，在缓冲层中 形成了张应变和压应变相互交替补偿结构，并且得到了跟 In0.68Ga0.32As 晶格匹配的“虚拟”衬底；最 后生长 In0.68Ga0.32As 外延层，生长速率为 0.49nm/s 。 图 1 （a ）展示的是当生长温度和 In 源流量