RU2461093C1 - METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE WITH p-n JUNCTIONS - Google Patents
METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE WITH p-n JUNCTIONS Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461093C1 RU2461093C1 RU2011106339/28A RU2011106339A RU2461093C1 RU 2461093 C1 RU2461093 C1 RU 2461093C1 RU 2011106339/28 A RU2011106339/28 A RU 2011106339/28A RU 2011106339 A RU2011106339 A RU 2011106339A RU 2461093 C1 RU2461093 C1 RU 2461093C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- components
- layers
- junctions
- semiconductor
- layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым многопереходным структурам, используемым, в частности, в фотоэлектрических преобразователях.The invention relates to electronic equipment, namely to semiconductor multi-junction structures used, in particular, in photoelectric converters.
Известен способ изготовления многопереходной полупроводниковой структуры (RU 2265915), включающий последовательное формирование на полупроводниковой подложке методом эпитаксиального выращивания полупроводниковых слоев n-типа проводимости и p-типа проводимости, образующих совокупность двухслойных компонентов с n-p переходами между слоями. При работе рассматриваемой структуры в составе фотогенератора указанные выше компоненты являются фотопреобразователями, в которых осуществляется преобразование световой энергии в электрическую, и через n-p переходы между слоями компонентов (фоточувствительные переходы) протекает фототок. При этом образующиеся в сформированной указанным выше образом структуре p-n переходы между смежными слоями, расположенными в зонах сопряжения компонентов друг с другом (соединительные переходы), являются барьерами, препятствующими протеканию фототока.A known method of manufacturing a multi-junction semiconductor structure (RU 2265915), including the sequential formation on a semiconductor substrate by the method of epitaxial growth of semiconductor layers of n-type conductivity and p-type conductivity, forming a combination of two-layer components with n-p junctions between the layers. During the operation of the structure under consideration as part of the photogenerator, the above components are photoconverters in which light energy is converted into electrical energy, and a photocurrent flows through n-p junctions between the component layers (photosensitive junctions). In this case, the p-n junctions formed in the p-n structure formed in the above manner, between adjacent layers located in the zones where the components are connected to each other (connecting junctions), are barriers that prevent the flow of the photocurrent.
Для устранения барьеров перед присоединением токоотводов на структуру, сформированную указанным выше образом, подают импульсное напряжение и пробивают барьеры (соединительные переходы) с обеспечением последовательной коммутации двухслойных компонентов.To remove the barriers before attaching the down conductors, a pulse voltage is applied to the structure formed in the above manner, and barriers (connecting junctions) are punched to ensure the sequential switching of the two-layer components.
Недостатком рассматриваемого способа является необходимость применения импульсного пробоя соединительных переходов, что влечет за собой возможность неконтролируемого повреждения фоточувствительных переходов.The disadvantage of this method is the need for pulse breakdown of the connecting junctions, which entails the possibility of uncontrolled damage to the photosensitive junctions.
Известен способ изготовления многопереходной полупроводниковой структуры солнечного элемента (US 20100006136), включающий формирование многослойной полупроводниковой n-p-структуры, образующей совокупность двухслойных компонентов с n-p переходами - фотопреобразователей, сопряженных друг с другом посредством туннельных переходов.A known method of manufacturing a multi-junction semiconductor structure of a solar cell (US201000000006136), comprising forming a multi-layer semiconductor n-p structure, forming a combination of two-layer components with n-p junctions - photoconverters coupled to each other through tunnel junctions.
Недостатком рассматриваемого способа является его сложность, обусловленная необходимостью формирования в зонах сопряжения двухслойных компонентов двух сильно легированных дополнительных слоев, образующих туннельные переходы. Кроме того, структура, изготовленная по рассматриваемому способу, не обеспечивает высокой стабильности рабочих характеристик вследствие деградации туннельных переходов.The disadvantage of this method is its complexity, due to the need to form in the interface zones of the two-layer components of two heavily doped additional layers forming tunnel junctions. In addition, the structure manufactured by the considered method does not provide high stability of performance due to the degradation of tunnel junctions.
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры с n-p или p-n переходами, предназначенной для использования в солнечном лементе, который описан в RU 2376679. Данный способ выбран авторами в качестве ближайшего аналога.A known method of manufacturing a semiconductor structure with n-p or p-n junctions, intended for use in solar cells, which is described in RU 2376679. This method is chosen by the authors as the closest analogue.
Рассматриваемый способ включает последовательное формирование на полупроводниковой подложке методом эпитаксиального выращивания слоев n-типа проводимости и p-типа проводимости, образующих не менее двух сопряженных друг с другом двухслойных компонентов с n-p или p-n переходами между слоями.The method under consideration includes the sequential formation of n-type conductivity and p-type conductivity layers on an semiconductor substrate by epitaxial growth, forming at least two conjugated two-layer components with n-p or p-n junctions between the layers.
Двухслойные компоненты сопряжены друг с другом посредством омических контактов в виде напыленного слоя металла, в частности серебра.The bilayer components are interconnected by ohmic contacts in the form of a sprayed layer of metal, in particular silver.
Однако в слоях напыленного металла поглощается большая часть светового излучения, что приводит к уменьшению эффективности фотоэлектрического преобразования. Кроме того, сплошной слой металла обуславливает высокую вероятность возникновения дефектов в слоях выращиваемой на нем полупроводниковой структуры, что также снижает эффективность фотоэлектрического преобразования.However, most of the light radiation is absorbed in the layers of the deposited metal, which leads to a decrease in the efficiency of photoelectric conversion. In addition, a continuous metal layer causes a high probability of defects in the layers of the semiconductor structure grown on it, which also reduces the efficiency of photoelectric conversion.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности фотоэлектрического преобразования.The task of the invention is to increase the efficiency of photoelectric conversion.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе изготовления полупроводниковой структуры, включающем последовательное формирование на полупроводниковой подложке методом эпитаксиального выращивания слоев n-типа проводимости и p-типа проводимости, образующих не менее двух сопряженных друг с другом двухслойных компонентов с n-p или p-n переходами между слоями, согласно изобретению каждые два соседних компонента сопряжены друг с другом посредством введенных в зону сопряжения компонентов микрочастиц из проводящего или полупроводникового материала, размеры которых превышают толщину области пространственного заряда в рассматриваемой зоне сопряжения.The essence of the claimed invention lies in the fact that in a method of manufacturing a semiconductor structure, comprising sequentially forming on the semiconductor substrate by epitaxial growing layers of n-type conductivity and p-type conductivity, forming at least two conjugated two-layer components with np or pn junctions between layers, according to the invention, each two adjacent components are conjugated to each other by means of microparticle components introduced into the interface zone from the conducting or semiconductor material whose dimensions exceed the thickness of the space charge region in the considered conjugation zone.
В частном случае выполнения изобретения ширина запрещенной зоны материала микрочастиц больше ширины запрещенной зоны материала ниже лежащих компонентов в направлении от источника света.In the particular case of the invention, the band gap of the microparticle material is greater than the band gap of the material below the lying components in the direction from the light source.
Формирование на полупроводниковой подложке методом эпитаксиального выращивания слоев n-типа проводимости и p-типа проводимости, образующих не менее двух сопряженных друг с другом двухслойных компонентов с n-p или p-n переходами (фоточувствительными переходами) между слоями, позволяет создать полупроводниковую многопереходную структуру в ходе единого технологического процесса.The formation of n-type conductivity and p-type conductivity layers on a semiconductor substrate by the method of epitaxial growth, which form at least two conjugated two-layer components with np or pn junctions (photosensitive transitions) between the layers, allows you to create a semiconductor multi-junction structure during a single technological process .
При этом принципиально важным в заявляемом способе является то, что в зонах сопряжения каждых двух соседних двухслойных компонентов друг с другом (в зонах соединительных переходов) вводят микрочастицы из проводящего или полупроводникового материала, размеры которых превышают толщину области пространственного заряда (ОПЗ) в рассматриваемой зоне сопряжения.At the same time, it is fundamentally important in the claimed method that microparticles from a conducting or semiconductor material are introduced into the conjugation zones of each two adjacent two-layer components with each other (in the zones of the connecting junctions), the dimensions of which exceed the thickness of the space charge region (SCR) in the considered conjugation zone .
Введенные микрочастицы представляют собой проводящие микровключения. При этом за счет того, что их размеры превышают толщину ОПЗ, микрочастицы образуют в указанных областях локальные каналы проводимости, благодаря которым достигается прозрачность барьеров соединительных переходов для носителей электрического заряда и обеспечивается последовательная коммутации двухслойных компонентов.The microparticles introduced are conductive microinclusions. Moreover, due to the fact that their sizes exceed the SCR thickness, microparticles form local conduction channels in these regions, due to which transparency of the barriers of the connecting junctions for charge carriers is achieved and sequential switching of two-layer components is ensured.
При этом за счет того, что в зонах сопряжения двухслойных компонентов световое излучение имеет возможность прохождения между микрочастицами, значительно снижаются потери излучения и, как следствие, повышается эффективность фотопреобразования.Moreover, due to the fact that in the conjugation zones of two-layer components, light radiation can pass between microparticles, radiation losses are significantly reduced and, as a result, the efficiency of photoconversion is increased.
Кроме того, введенные в зону сопряжения компонентов микрочастицы обуславливают меньшую вероятность возникновения дефектов в слоях выращиваемой полупроводниковой структуры, чем при формировании в указанной зоне сплошного слоя металла.In addition, the microparticles introduced into the conjugation zone of the components of the components cause a lesser probability of defects in the layers of the grown semiconductor structure than during the formation of a continuous metal layer in this zone.
Толщину ОПЗ в зонах сопряжения определяют по известным формулам [см., например, кн. С.Зи. Физика полупроводниковых приборов: М., 1984 г.].The thickness of the SCR in the mating zones is determined by known formulas [see, for example, book. S.Z. Physics of semiconductor devices: M., 1984].
В качестве микрочастиц могут быть использованы металлические частицы или микрочастицы, изготовленные из полупроводниковых материалов, например, таких как Si, GaAs, GaP, InP, твердые растворы на основе соединений АIII BV, АIIBVI.As microparticles, metal particles or microparticles made of semiconductor materials, for example, such as Si, GaAs, GaP, InP, solid solutions based on compounds A III B V , A II B VI can be used .
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого способа, является повышение эффективности фотоэлектрического преобразования.Thus, the technical result achieved by the implementation of the proposed method is to increase the efficiency of photoelectric conversion.
В случае, когда ширина запрещенной зоны материала микрочастиц больше ширины запрещенной зоны материала нижележащих компонентов в направлении от источника света, обеспечивается уменьшение поглощения микрочастицами светового излучения, падающего на сформированную многопереходную структуру.In the case where the band gap of the microparticle material is greater than the band gap of the material of the underlying components in the direction from the light source, the absorption of light radiation incident on the formed multi-junction structure by the microparticles is reduced.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
На полупроводниковой подложке методом газофазной эпитаксии формируют многослойную полупроводниковую n-p-структуру, образующую совокупность двухслойных компонентов с n-p или p-n фоточувствительными переходами между слоями.A multilayer semiconductor n-p structure is formed on a semiconductor substrate by gas phase epitaxy, which forms a combination of two-layer components with n-p or p-n photosensitive transitions between layers.
При этом с целью расширения диапазона длин волн преобразуемого в электрическую энергию света обеспечивают возрастание ширины запрещенной зоны компонентов в направлении к источнику падающего на структуру излучения, что достигается варьированием состава материала эпитаксиальных слоев.In order to expand the wavelength range of the light converted into electrical energy, they provide an increase in the band gap of the components in the direction of the source of radiation incident on the structure, which is achieved by varying the composition of the material of the epitaxial layers.
На соответствующих стадиях эпитаксиального роста структуры в реактор подают реагенты, являющиеся источником образования микрочастиц из проводящего или полупроводникового материала, и осуществляют формирование в зонах сопряжения компонентов микрочастиц, размеры которых превышают толщину ОПЗ в рассматриваемых зонах. При этом микрочастицы оказываются частично внедренными в материалы двух смежных эпитаксиальных слоев, расположенных в каждой из зон сопряжения. Формирование микрочастиц требуемого размера достигается путем выбора концентрации служащих для их образования реагентов.At the corresponding stages of the epitaxial growth of the structure, reactants are fed into the reactor, which are the source of the formation of microparticles from a conducting or semiconductor material, and the formation of microparticle components in the conjugation zones that are larger than the SCR thickness in the considered zones is carried out. In this case, the microparticles are partially embedded in the materials of two adjacent epitaxial layers located in each of the conjugation zones. The formation of microparticles of the required size is achieved by choosing the concentration of employees for their formation of reagents.
Пример осуществления способаAn example of the method
На полупроводниковой подложке из GaSb методом газофазной эпитаксии выращивали многослойную полупроводниковую n-p-структуру, включающую два двухслойных компонента, один из которых содержит слой GaInAsSb n-типа проводимости, слой GaInAsSb p-типа проводимости с n-p фоточувствительным переходом между ними, а другой содержит слой GaSb n-типа проводимости, слой GaSb p-типа проводимости с n-p фоточувствительным переходом между ними. В зоне сопряжения компонентов, а именно в ОПЗ соединительного p-n перехода между слоем GaInAsSb p-типа проводимости с концентрацией акцепторной примеси 4·1017 см-3 и слоем GaSb n-типа проводимости с концентрацией донорной примеси 1,5·1017 см-3, были введены микрочастицы из кристаллического Si. Средний линейный размер микрочастиц составлял около 1,0 мкм, что превышало толщину ОПЗ, составлявшую менее 1,0 мкм.A multilayer semiconductor np-structure was grown on a GaSb semiconductor substrate by gas-phase epitaxy, including two two-layer components, one of which contains an n-type GaInAsSb layer, a p-type GaInAsSb layer with n-photosensitive transition between them, and the other contains a GaSb n layer -type conductivity, p-type GaSb layer with np photosensitive transition between them. In the component conjugation zone, namely, in the SCR of the pn junction between the p-type GaInAsSb layer with an acceptor impurity concentration of 4 × 10 17 cm -3 and the n-type GaSb layer with a donor impurity concentration of 1.5 · 10 17 cm -3 , microparticles of crystalline Si were introduced. The average linear microparticle size was about 1.0 μm, which exceeded the SCR thickness of less than 1.0 μm.
Как показали испытания изготовленной структуры, введение указанных микрочастиц привело к увеличению прямого тока на прямой ветви ВАХ в p-n соединительном переходе на 3 порядка по сравнению с током в аналогичной структуре без указанных микровключений.As tests of the fabricated structure showed, the introduction of these microparticles led to an increase in the direct current on the direct branch of the I – V characteristic in the p – n junction junction by 3 orders of magnitude compared to the current in a similar structure without the indicated microinclusions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011106339/28A RU2461093C1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE WITH p-n JUNCTIONS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011106339/28A RU2461093C1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE WITH p-n JUNCTIONS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461093C1 true RU2461093C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011106339/28A RU2461093C1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE WITH p-n JUNCTIONS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461093C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2781507C1 (en) * | 2021-12-16 | 2022-10-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for manufacturing a semiconductor structure of a multijunk photoconverter |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2265915C1 (en) * | 2004-06-28 | 2005-12-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Method for fabrication of semiconductor photoelectric generator |
| RU2376679C1 (en) * | 2008-09-16 | 2009-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология Полупроводниковых Кристаллов" | Semiconductor multijunction solar cell |
| US20100006136A1 (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-14 | University Of Delaware | Multijunction high efficiency photovoltaic device and methods of making the same |
| US7800194B2 (en) * | 2002-04-23 | 2010-09-21 | Freedman Philip D | Thin film photodetector, method and system |
-
2011
- 2011-02-18 RU RU2011106339/28A patent/RU2461093C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7800194B2 (en) * | 2002-04-23 | 2010-09-21 | Freedman Philip D | Thin film photodetector, method and system |
| RU2265915C1 (en) * | 2004-06-28 | 2005-12-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Method for fabrication of semiconductor photoelectric generator |
| US20100006136A1 (en) * | 2008-07-08 | 2010-01-14 | University Of Delaware | Multijunction high efficiency photovoltaic device and methods of making the same |
| RU2376679C1 (en) * | 2008-09-16 | 2009-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология Полупроводниковых Кристаллов" | Semiconductor multijunction solar cell |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2781507C1 (en) * | 2021-12-16 | 2022-10-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for manufacturing a semiconductor structure of a multijunk photoconverter |
| RU2813746C1 (en) * | 2023-10-18 | 2024-02-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOELECTRIC CONVERTER BASED ON GaInAsSb |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9935217B1 (en) | High efficiency photovoltaic cells and manufacturing thereof | |
| EP2409334B1 (en) | Highly doped layer for tunnel junctions in solar cells | |
| US8692301B2 (en) | Nanostructured photodiode | |
| López et al. | Engineering the electronic band structure for multiband solar cells | |
| US7863515B2 (en) | Thin-film solar cell and method of manufacturing the same | |
| EP2168167B1 (en) | Nanowire-based solar cell structure | |
| US9712105B2 (en) | Lateral photovoltaic device for near field use | |
| JP2010118666A (en) | Alternative substrate of inversion altered multi-junction solar battery | |
| RU2376679C1 (en) | Semiconductor multijunction solar cell | |
| US20140014169A1 (en) | Nanostring mats, multi-junction devices, and methods for making same | |
| US20110277820A1 (en) | Solar Cell Structure Including A Silicon Carrier Containing A By-Pass Diode | |
| RU2657073C2 (en) | Photovoltaic cell with variable band gap | |
| RU2539102C1 (en) | Multijunction solar cell | |
| KR101931712B1 (en) | Compound semiconductor solar cell | |
| CN103050564B (en) | A kind of solar cell based on the radial pn knot of more piece nano wire and preparation method | |
| US20120073658A1 (en) | Solar Cell and Method for Fabricating the Same | |
| CN102623524A (en) | Semiconductor solar battery and manufacturing method thereof | |
| CN103346190B (en) | Four knot tandem solar cell of Si substrate and preparation method thereof | |
| RU2461093C1 (en) | METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE WITH p-n JUNCTIONS | |
| RU106443U1 (en) | SEMICONDUCTOR MULTI JUNCTION STRUCTURE | |
| Dharmadasa et al. | Effective harvesting of photons for improvement of solar energy conversion by graded bandgap multilayer solar cells | |
| JP6100468B2 (en) | Photocell and production method of photovoltaic cell | |
| KR102175147B1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| RU2701873C1 (en) | Semiconductor structure of multi-junction photoconverter | |
| KR102179339B1 (en) | Compound semiconductor solar cell and method for manufacturing the same |