专利名称：具有布拉格反射器的n的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照GaAs太阳电池结构。
背景技术：
布拉格结构作为一种光学反射器而广泛应用于光电子、微电子技术领域。众所周知，在直接带隙半导体中，当有载流子注入时辐射复合是占支配地位的复合过程，辐射过程产生的光子可以被重新吸收而产生新的电子-空穴对。这种循环过程增加了表观的辐射复合寿命，成为光子再循环效应。由于这一过程可能影响直接带隙半导体太阳电池的性能，所以近年来，布拉格反射器也被广泛应用于光伏发电领域，以提高光的反射利用率。Yamamoto.A等人为了增强InP太阳电池的光子再循环效应而引入布拉格反射器，M.Z.Shvarts等人为提高AlGaAs/GaAs太阳电池的抗辐照性能而引入布拉格反射器。此外，各国研究人员针对具有布拉格反射器的AlGaAs/GaAs、InP、CdS/CuInSe2等太阳电池进行了理论计算和实验的验证，为促进光子再循环效应和电池的抗辐照性能而努力。
但是迄今为止，采用布拉格反射器仍然存在诸多问题。其一是工作温度的问题低能的光子没有被GaAs/Ge界面反射，大量光子会被Ge衬底或背电场吸收，而这些吸收均会产生热效应，热效应会提高太阳电池的工作温度，从而降低器件的转换效率，尤其是用于空间卫星或其他航天器太阳电池。其二是材料消耗和成本的问题布拉格反射器通常有数十个周期，这必然增加外延生长的费用以及材料的消耗。针对以上问题，本文提供一种具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照GaAs太阳电池结构。这种n+/p型GaAs太阳电池，布拉格层作为背表面反射器和背表面势垒层，不仅可以扩展吸收中、长波长的光子，反射可能被衬底或背电场吸收的低能光子，从而增强光电流、降低电池工作温度、有效增强抗辐照性能；而且只有7个周期的拉格反射器不会增加成本，适于大规模生产。此外，该电池采用ZnSe0.944S0.056兼做窗口层和复合减反射膜的高折射率层，从节约材料、降低成本、提高减反射效果、提高光电子收集率、提高稳定性等角度来看，均优于传统电池的复合减反射膜层。因此，该发明对于提高太阳电池的光电流、光电转换效率、抗辐射性能等均具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照GaAs太阳电池结构，这种具有布拉格反射器的n+/p型GaAs太阳电池，较之无布拉格反射器的太阳电池可以取得更高的光电转换效率、更低的工作温度以及更好的抗辐照性能。其中布拉格层作为背表面反射器和背表面势垒层，不仅可以扩展吸收中、长波长的光子，反射部分可能被衬底或背电场吸收的低能光子，从而增强光电流，降低电池工作温度、增强抗辐照性能；而且7个周期的布拉格反射层不会增加外延生长的费用，适于大规模生产。此外，该电池采用ZnSe0.944S0.056兼做窗口层和复合减反射膜的高折射率层，从节约材料、降低成本、提高减反射效果、提高光电子收集率、提高稳定性等角度来看，均优于传统电池的复合减反射膜层。
为了实现上述目的，本发明提出了一种具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，包括一衬底，该衬底用于在其上进行太阳电池各层材料外延生长；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一布拉格反射器结构，该布拉格反射器结构制作在缓冲层上；一基区，该基区制作在布拉格反射器上；一发射区，该发射区制作在基区上；一兼做窗口层和复合减反射膜的高折射率层，该高折射率层制作在发射区上；
一复合减反射膜的低折射率层，该低折射率层制作在窗口层上；该高折射率层与低折射率层7构成复合减反射膜层，极大地降低了光的减反射效果；一帽子层，该帽子层制作在减反射膜层上，为高掺杂n型砷化镓材料。
其中衬底的材料为锗。
其中缓冲层为p型砷化镓材料。
其中布拉格反射器结构为铝镓砷/铝镓砷反射器。
其中该基区为p型砷化镓材料。
其中该发射区为n型砷化镓材料。
其中该高折射率层为n型高透射率锌硒硫材料。
其中该低折射率层为二氧化硅层。
其中该帽子层为高掺杂n型砷化镓材料。
其中该布拉格反射器结构为7个周期的铝镓砷/镓砷材料，总厚度为0.9微米。
以下通过结合附图对具有实施例的详细描述，进一步说明本发明的结构、特点以及技术上的改进，其中图1是根据本发明提出的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照GaAs太阳电池结构的剖面图。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明一种具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，包括一衬底1，该衬底1用于在其上进行太阳电池各层材料外延生长，该衬底1的材料为锗；一缓冲层2，该缓冲层2制作在衬底1上，该缓冲层2为p型砷化镓材料；一布拉格反射器结构3，该布拉格反射器结构3制作在缓冲层2上，该布拉格反射器结构3为铝镓砷/铝镓砷反射器；一基区4，该基区4制作在布拉格反射器3上，该该基区4为p型砷化镓材料；一发射区5，该发射区5制作在基区4上，该发射区5为n型砷化镓材料；一兼做窗口层和复合减反射膜的高折射率层6，该高折射率层6制作在发射区5上，该高折射率层6为n型高透射率锌硒硫材料；一复合减反射膜的低折射率层7，该低折射率层7制作在窗口层6上；该高折射率层6与低折射率层7构成复合减反射膜层，极大地降低了光的减反射效果，该低折射率层7为二氧化硅层；一帽子层8，该帽子层8制作在减反射膜层7上，为高掺杂n型砷化镓材料，该帽子层8为高掺杂n型砷化镓材料。
其中该布拉格反射器结构3为7个周期的铝镓砷/镓砷材料，总厚度为0.9微米。
实施例下面再参阅图1，详细说明本发明具体实施例具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照GaAs太阳电池结构的细节。
参阅图1，本实施例的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照GaAs太阳电池结构包括一衬底1，该衬底用于在其上进行太阳电池各层材料外延生长，衬底为p型锗(Ge)，采用(001)衬底沿[110]方向偏6°；与单晶GaAs材料相比，Ge衬底的机械强度较高，重量较轻，抗辐照性能与GaAs相当，且价格约为单晶GaAs材料的30％。因此，采用Ge衬底，既减薄了太阳电池厚度、减轻了太阳电池的重量、降低电池材料、成本消耗，又大大的提高了太阳电池组件的功率/重量比，有效的降低了太阳电池组件的体积和重量；同时，Ge衬底极大地提高了电池的机械强度和可靠性，可制备大面积薄型电池，提高电池产量；一缓冲层2，该缓冲层制作在衬底1上，为p型砷化镓(GaAs)材料；其目的是减小衬底与其它各层的应力，抑止GaAs直接在Ge表面成核，避免形成深能级缺陷、强的散射中心、复合中心，破坏界面的电学和光学特性，消除衬底的缺陷向其它各层的传播，消除高密度的位错，形成高质量的外延表面，以有利于器件其它各层材料的生长；一布拉格反射器结构3，该布拉格反射器制作在缓冲层2上，为Al0.9Ga0.1As/GaAs周期性结构，周期为7，其中Al0.9Ga0.1As的厚度为70nm，Al0.1Ga0.9As的厚度为59.5nm，总厚度约为0.9微米，其目的是布拉格层作为背表面反射器和背表面势垒层，不仅可以扩展吸收中、长波长的光子，反射可能被衬底或背电场吸收的低能光子，促进光子再循环效应，从而增强光电流、降低电池工作温度、有效增强抗辐照性能；此外，7个周期的布拉格反射层不会增加外延生长的费用，适于大规模生产。
一基区4，该基区制作在布拉格反射器3上，为p型GaAs材料，厚度为3微米；外延质量良好的外延基区，结较浅，少子扩散长度较大，光生载流子的收集几率较大；一发射区5，该发射区制作在基区4上，为n型GaAs材料，厚度为0.3微米；一兼做窗口层和复合减反射膜的高折射率层6，该层制作在发射区5上，为n型高透射率锌硒硫(ZnSe0.944S0.056)材料，厚度为58.1nm，其优点在于ZnSe0.944S0.056材料与n型GaAs材料在价带边发生能带补偿，形成对光生空穴的反向扩散势垒，极大地提高了对光生电子的收集，克服了传统GaAs电池电流损失较大的缺点，可减小电流的损失约10％；同时与SiO2构成复合双层减反射膜，可在300到900nm波长范围内实现理想的减反射效果。
一复合减反射膜的低折射率层7，该层制作在窗口层6上，为SiO2层，厚度为97.3nm；SiO2的红外透射率高，不易吸收热量，可与层6构成复合减反射膜层，在300到900nm波长范围内实现理想的减反射效果，特别是在太阳光谱最强的500到800nm波长范围内实现反射率小于3％的突破；同时，该复合双层减反射膜性能稳定，是n+/p型GaAs太阳电池非常理想的减反射膜材料组合。
一帽子层8，该帽子层制作在减反射膜层7上，为高掺杂n型GaAs材料，厚度为0.2微米，其目的是实现良好的欧姆接触，采用重掺杂是为了减小串联电阻，提高器件的转化效率和输出功率。
权利要求
1.一种具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，包括一衬底，该衬底用于在其上进行太阳电池各层材料外延生长；一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；一布拉格反射器结构，该布拉格反射器结构制作在缓冲层上；一基区，该基区制作在布拉格反射器上；一发射区，该发射区制作在基区上；一兼做窗口层和复合减反射膜的高折射率层，该高折射率层制作在发射区上；一复合减反射膜的低折射率层，该低折射率层制作在窗口层上；该高折射率层与低折射率层7构成复合减反射膜层，极大地降低了光的减反射效果；一帽子层，该帽子层制作在减反射膜层上，为高掺杂n型砷化镓材料。
2.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中衬底的材料为锗。
3.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中缓冲层为p型砷化镓材料。
4.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中布拉格反射器结构为铝镓砷/铝镓砷反射器。
5.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中该基区为p型砷化镓材料。
6.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中该发射区为n型砷化镓材料。
7.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中该高折射率层为n型高透射率锌硒硫材料。
8.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中该低折射率层为二氧化硅层。
9.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中该帽子层为高掺杂n型砷化镓材料。
10.根据权利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗辐照砷化镓太阳电池结构，其特征在于，其中该布拉格反射器结构为7个周期的铝镓砷/镓砷材料，总厚度为0.9微米。
全文摘要
一种具有布拉格反射器的n
文档编号H01L31/052GK1941422SQ20051010526
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者白一鸣, 陈诺夫, 戴瑞烜, 王鹏, 王晓东 申请人:中国科学院半导体研究所