CZ307941B6 - Multilayer semiconductor structure for photoelectric devices - Google Patents
Multilayer semiconductor structure for photoelectric devices Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307941B6 CZ307941B6 CZ2018-290A CZ2018290A CZ307941B6 CZ 307941 B6 CZ307941 B6 CZ 307941B6 CZ 2018290 A CZ2018290 A CZ 2018290A CZ 307941 B6 CZ307941 B6 CZ 307941B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- layer
- inas
- quantum dots
- gaassb
- gaas
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 28
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 62
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 78
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 abstract description 13
- 230000004807 localization Effects 0.000 abstract description 12
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 12
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 110
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 30
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N gallium antimonide Chemical compound [Sb]#[Ga] VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000001741 metal-organic molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
- H01L31/035218—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum dots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- 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
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Vícevrstvá polovodičová struktura pro fotoelektrická zařízeníMultilayer semiconductor structure for photoelectric devices
Oblast techniky:Technical field:
Vynález se týká vícevrstvých polovodičových struktur pro fotoelektrická zařízení, zejména pro solární články převádějící světlo na elektrickou energii, které obsahují kvantové tečky z InAs (arsenidu india) a slitinového polovodiče GaAsSb (arsenidu a antimonidu galia).The invention relates to multilayer semiconductor structures for photoelectric devices, in particular for solar cells converting light into electricity, comprising quantum dots of InAs (indium arsenide) and GaAsSb alloy semiconductor (arsenide and gallium antimonide).
Dosavadní stav techniky:BACKGROUND OF THE INVENTION:
Nejrozšířenější materiál pro solární články je v současné době křemík (Si) s jednoduchým p-n přechodem, především pro snadnou dostupnost a ekonomickou nenáročnost výroby. Pro některé speciální aplikace vyžadující vysokou efektivitu konverze světla na elektrickou energii jsou však využívány složitější vrstevnaté polovodičové struktury, tzv. tandemové cely, ve kterých jsou různé oblasti slunečního spektra absorbovány v různých částech tandemové heterostruktury. V posledních letech se objevila možnost využívat pro solární tandemové cely InAs (arsenid india) kvantové tečky, a to pro konverzi slunečního záření v blízké infračervené oblasti. Kvantové tečky (často označované KT nebo také z anglického Quantum Dots QD) jsou čočko vité útvary z polovodiče InAs, In(Ga)As (temámí slitina arsenidu india a arsenidu galia) nebo Ga(As)Sb (temámí slitina arsenidu galia a antimonidu galia) v GaAs (arsenid galia) matrici. Jejich základna má průměr několik desítek nm a jejich výška se pohybuje v rozmezí 2 až 10 nm. Jedná se o systém s mřížkově nepřizpůsobenými materiály s vysokým pnutím ve struktuře. KT se v tomto systému tvoří samoorganizací v tzv. Stránského- Krastanowově módu růstu. Ten nastává u kombinace určitých typů polovodičů (např. při růstu InAs na GaAs) s různými mřížkovými konstantami při vhodných růstových podmínkách: Aby bylo uvolněno mechanické pnutí ve struktuře, vytvoří se při epitaxi InAs tenká tzv. smáčecí vrstva a na ní se místo růstu ve vrstvách samouspořádají malé ostrůvky InAs jako tzv. kvantové tečky.The most widespread material for solar cells is currently silicon (Si) with a simple p-n transition, especially for ease of availability and economical manufacturing. However, for some special applications requiring high efficiency of conversion of light into electricity, more complex layered semiconductor structures, so-called tandem cells, are used, in which different regions of the solar spectrum are absorbed in different parts of the tandem heterostructure. In recent years, the possibility of using quantum dots for solar tandem cells InAs (arsenide india) has been discovered for the conversion of solar radiation in the near infrared region. Quantum dots (often referred to as KT or also from Quantum Dots QD) are lenticular formations of InAs, In (Ga) As semiconductor (Thium Indium Arsenide and Gallium Arsenide Semiconductor) or Ga (As) Sb (Thium Gallium Arsenide and Gallium Antimonide Alloy) ) in a GaAs (gallium arsenide) matrix. Their base has a diameter of several tens of nm and their height ranges from 2 to 10 nm. It is a system with non-lattice materials with high stress in the structure. CC in this system is formed by self-organization in the so-called Stránský-Krastanow growth mode. This occurs when a combination of certain types of semiconductors (eg, when InAs grows to GaAs) with different lattice constants under suitable growth conditions: In order to release the mechanical stress in the structure, a thin so-called wetting layer forms during epitaxy. layers are self-arranging small islands of InAs as so-called quantum dots.
Z publikace A. Luque et al. , Journal of Applied Physics 96, 903 (2004), Generál equivalent circuit for intermediate band devices: Potentials, currents and electroluminescence, je známo, že kvantové tečky mohou utvořit v GaAs polovodiči tzv. střední pás, který umožní i vícefotonovou absorpci světla (koncept „Intermediate band solar cells - IBSC“). Tyto struktury však vykazují dvě významné nevýhody. Jednak mají kvantové tečky ve struktuře malý objem, což snižuje podíl světla absorbovaného v kvantových tečkách. Kromě toho, absorpcí světla generované nosiče náboje (elektrony a díry) jsou v InAs tečkách vázány a velice rychle zpět rekombinují, takže jen malá část těchto nosičů náboje přispívá k požadovanému fotoproudu. První nevýhoda bývá řešena strukturou obsahující velký počet rovin s kvantovými tečkami. Druhá nevýhoda může být eliminována vytvořením tzv. různých heterostruktur II. typu, kdy jsou buď KT tvořeny z GaSb polovodiče v GaAs matrici nebo jsou KT InAs překryty vrstvou GaAsSb s dostatečně vysokým obsahem Sb. V heterostruktuře II. typu mají oba typy nosičů náboje minimum potenciální energie v různých materiálech, a jsou proto v základním kvantovém stavu prostorově odděleny. (Srovnání průběhu energie hrany vodivostího a valenčního pásu v heterostruktuře I. a II. typu je na obr. 1 (a), (b)). Elektrony v heterostruktuře II. typu se nacházejí v kvantových tečkách InAs, díry jsou lokalizovány v GaAsSb vrstvě těsně nad kvantovými tečkami. Toto uspořádání snižuje zpětnou rekombinaci generovaných nosičů náboje, avšak podobnou měrou snižuje také efektivitu generace elektron-děrového páru při absorpci světla.From A. Luque et al. , Journal of Applied Physics 96, 903 (2004), General Equivalent Circuit for Intermediate Band Devices: Potentials, currents and electroluminescence, it is known that quantum dots can form a so-called mid-band in GaAs semiconductors that allow multi-photon absorption of light (concept) Intermediate band solar cells (IBSC). However, these structures have two significant disadvantages. First, the quantum dots in the structure have a small volume, which reduces the proportion of light absorbed in the quantum dots. In addition, the light-generated charge carriers (electrons and holes) are bound in the InAs dots and recombine very quickly so that only a small portion of these charge carriers contribute to the desired photocurrent. The first disadvantage is solved by a structure containing a large number of planes with quantum dots. The second disadvantage can be eliminated by creating so-called different heterostructures II. Type KT are either KT formed from GaSb semiconductor in GaAs matrix or KT InAs are covered by GaAsSb layer with sufficiently high Sb content. In heterostructure II. The two types of charge carriers have a minimum potential energy in different materials and are therefore spatially separated in the basic quantum state. (A comparison of the energy course of the conductive and valence band edges in type I and type II heterostructure is shown in Fig. 1 (a), (b)). Electrons in heterostructure II. type are found in quantum dots InAs, holes are located in GaAsSb layer just above quantum dots. This arrangement reduces the recombination of the generated charge carriers, but similarly reduces the efficiency of the generation of the electron-hole pair in light absorption.
Jak je známo například z publikace Yingnan Guo, Appl. Phys. Lett. 111, 191105 (2017), Carrier dynamics of InAs quantum dots with GaAsl-xSbx barrier layers, kvantové tečky InAs/GaAsixSbx vykazují lepší vlastnosti než kvantové tečky InAs/GaAs. I v těchto strukturách je však snížení zářivé rekombinace nedostatečné, jak bylo často doloženo prokázáním poměrně silné fotoluminiscence, tedy efektivní zářivé rekombinace.As is known, for example, from Yingnan Guo, Appl. Phys. Lett. 111, 191105 (2017) Carrier Dynamics of InAs quantum dots with GaAsl-xSbx barrier layers, the quantum dots of InAs / GaAsixSb x exhibit better properties than the quantum dots of InAs / GaAs. Even in these structures, however, the reduction in radiant recombination is insufficient, as has often been demonstrated by demonstrating relatively strong photoluminescence, that is, effective radiative recombination.
- 1 CZ 307941 B6- 1 GB 307941 B6
V publikaci A. Hospodková et all., J. Appl. Phys. 114, 174305 (2013), Combined vertically correlated InAs and GaAsSb quantum dots separated by triangular GaAsSb barrier, je popsána kombinace dvou typů KT, totiž KT sestávajících z InAs a KT sestávajících z GaAsSb ve vertikálně korelované heterostruktuře II. typu. Také tyto struktury vykazují poměrně silnou zářivou rekombinaci. Je to způsobeno velice těsnou lokalizací elektronů a děr uspořádanými sice odděleně, avšak vertikálně nad sebou.A. Hospodková et al., J. Appl. Phys. 114, 174305 (2013), Combined vertically correlated InAs and GaAsSb quantum dots separated by triangular GaAsSb barrier, a combination of two types of KTs, namely KTs consisting of InAs and KTs consisting of GaAsSb in vertically correlated II heterostructure, is described. type. Also, these structures exhibit relatively strong radiant recombination. This is due to the very close localization of electrons and holes arranged separately but vertically one above the other.
Z publikace Hai-Ming Ji et all., Appl. Phys. Lett. 106, 103104 (2015), Hybrid type-I InAs/GaAs and type-II GaSb/GaAs quantum dot structure with enhanced photoluminescence jsou známé hybridní heterostruktury I.a II. typu s GaSb/GaAs kvantovými tečkami v GaAs matrici.From Hai-Ming Ji et al., Appl. Phys. Lett. 106, 103104 (2015), Hybrid type-I InAs / GaAs and type-II GaSb / GaAs quantum dot structure with enhanced photoluminescence are known hybrid heterostructures I. and II. type with GaSb / GaAs quantum dots in the GaAs matrix.
Z patentového dokumentu CN 102509700 je známý způsob nanášení InAs kvantových teček samouspořádáním na předem připravené tenké vrstvě GaAsSb.From the patent document CN 102509700 there is known a method of deposition of InAs quantum dots by self-arrangement on a pre-prepared thin layer of GaAsSb.
Z patentu US 9240507 je známa supermřížková struktura, ve které se opakovaně střídá bariérová vrstva a vrstva s kvantovými tečkami tvořící strukturu I. typu tak, že vznikne supermřížkový pás energií.From U.S. Pat. No. 9,240,507, a super-lattice structure is known in which the barrier layer and the quantum dots layer alternately form a type I structure to form a super-lattice band of energies.
Struktura InAs KT obklopená InGaAs nebo GaAsSb vrstvami (tedy v případě GaAsSb s nízkým obsahem Sb, tedy I. typu, kdy jsou oba typy nosičů náboje v nejnižším energetickém stavu lokalizovány v InAs KT) bývá využívána také pro laserové aplikace v oblasti 1300 nm. Z patentu CZ 303855 je známa vícevrstvá polovodičová epitaxní struktura s InAs/GaAs kvantovými tečkami a GaAsSb krycí a pnutí redukující vrstvou zachovávající heteropřechod I. typu mezi InAs kvantovou tečkou a GaAsSb vrstvou a umožňující emisi elektroluminiscencí na telekomunikační vlnové délce 1300 nm. Zachování heteropřechodu I. typu pro tyto vlnové délky je dosaženo gradovaným složením GaAsi-xSbx vrstvy tak, aby ve GaAsSb vrstvě byla nižší koncentrace Sb (x=0,03 až 0,09) bezprostředně u kvantových teček, (čímž je zabezpečena dostatečná bariéra pro díry v InAs kvantových tečkách a jejich lokalizace v kvantových tečkách), ve směru epitaxního růstu koncentrace antimonu v GaAsSb vzrůstá k maximální koncentraci, která se pohybuje v rozmezí x=0,15 až 0,30. Tím je dosaženo potřebné snížení pnutí uvnitř kvantových teček a prodloužení emitované vlnové délky. Tyto vlastnosti mohou být výhodné i pro využití ve fotovoltaických strukturách.The structure of InAs KT surrounded by InGaAs or GaAsSb layers (ie in the case of GaAsSb with low Sb content, ie type I, where both types of charge carriers are located in InAs KT in the lowest energy state) is also used for laser applications in the region of 1300 nm. The CZ 303855 patent discloses a multilayer semiconductor epitaxial structure with InAs / GaAs quantum dots and a GaAsSb cover and stress reducing layer retaining a type I heterosection between the InAs quantum dots and the GaAsSb layer and allowing the emission of electroluminescence at a telecommunication wavelength of 1300 nm. Preservation of type I heterogeneity for these wavelengths is achieved by a graded composition of the GaAsx x Sb x layer so that the GaAsSb layer has a lower Sb concentration (x = 0.03 to 0.09) immediately at the quantum dots (thus ensuring sufficient the barrier for holes in InAs quantum dots and their localization in quantum dots) in the direction of epitaxial growth of the antimony concentration in GaAsSb increases to a maximum concentration ranging from x = 0.15 to 0.30. This achieves the necessary stress reduction within the quantum dots and the extension of the emitted wavelength. These properties may also be advantageous for use in photovoltaic structures.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstata vynálezu spočívá ve využití samouspořádané trojice KT kombinované ze dvou polovodičových materiálů InAs a GaAsSb pro efektivní absorpci světla, generaci páru elektrondíra a pro jejich rychlou separaci, která zabrání zpětné rekombinaci vygenerovaných nosičů náboje. Princip zlepšení fotovoltaických vlastností podle předloženého vynálezu spočívá ve vyšším obsahu Sb v GaAsSb vrstvě a ve vytvoření funkční trojice jedné InAs a vždy dvou GaAsSb kvantových teček, aby došlo k většímu prostorovému oddělení generovaných elektronů a děr v nejnižším energetickém stavu. Předložený vynález řeší výše zmíněné nevýhody pomocí samouspořádané trojice KT, totiž kvantové tečky InAs pro lokalizaci elektronů a dvojice kvantových teček GaAsSb pro lokalizaci děr vždy po stranách kvantové tečky InAs. Tím je výrazně snížena zpětná rekombinace nosičů náboje generovaných v oblasti KT, a tím významně zvýšena efektivita konverze energie dopadajícího infračerveného záření na fotoproud.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the use of a self-assembled triple KT combined of two semiconductor materials InAs and GaAsSb for efficient light absorption, generation of an electron pair and rapid separation thereof to prevent back recombination of generated charge carriers. The principle of improving the photovoltaic properties of the present invention lies in the higher Sb content in the GaAsSb layer and in the formation of a functional triad of one InAs and two GaAsSb quantum dots each to provide more spatial separation of generated electrons and holes in the lowest energy state. The present invention solves the above-mentioned disadvantages by using a self-ordered triad KT, namely a quantum dot InAs for electron localization and a pair of quantum dots GaAsSb for hole localization always on the sides of the quantum dot InAs. This greatly reduces the recombination of charge carriers generated in the KT region, thereby significantly increasing the efficiency of converting the energy of incident infrared radiation into photocurrent.
Nad vrstvou z GaAs nebo InGaAs se nachází smáčecí InAs vrstva s vyšší koncentrací In, na níž jsou vytvořeny InAs kvantové tečky, přičemž vedle InAs kvantové tečky v úrovni nad základnou InAs kvantové tečky jsou uspořádány vždy dvě GaAsSb kvantové tečky, které vznikají samovolně v krystalografickém směru (-110) při depozici GaAsSb, a které příslušnou InAs kvantovou tečku shora částečně překrývají v polohách na protilehlých stranách obvodu. Kvantové tečky z arsenidu india, zde označované jako InAs kvantové tečky, samozřejmě mohouAbove the GaAs or InGaAs layer, there is a wetting InAs layer with a higher concentration of In, on which the InAs quantum dots are formed, with two GaAsSb quantum dots that spontaneously originate in the crystallographic direction alongside the InAs quantum dots. (-110) during GaAsSb deposition, and which partially overlap the respective InAs quantum dot from above on positions on opposite sides of the circuit. Indium arsenide quantum dots, referred to herein as InAs quantum dots, can of course
-2CZ 307941 B6 obsahovat malé množství galia, avšak podle předloženého vynálezu není galium záměrně přidáváno.However, according to the present invention, gallium is not intentionally added.
Trojici KT tedy tvoří jedna InAs kvantová tečka pro lokalizaci elektronů a nad ní dvojice GaAsSb kvantových teček pro lokalizaci děr viz schéma samouspořádané struktury, jak je znázorněno na obr. 2. Tato dvojice GaAsSb KT vznikne samovolně při vhodných technologických podmínkách po stranách InAs KT, pokud má systém při nebo po epitaxi GaAsSb vrstvy dostatek času pro nalezení termodynamické rovnováhy (zpravidla když doba růstu vrstvy spolu s přerušením růstu po depozici GaAsSb je delší než 50 s). Při tomto uspořádání jsou od sebe elektrony a díry v nejnižším energetickém stavu vzájemně prostorově odděleny, excitované stavy v obou typech kvantových teček se však dostatečně překrývají, takže dochází k účinné absorpci světla a generaci páru elektron - díra, jak je znázorněno na obr. 3. Oba nosiče náboje velice rychle zrelaxují z excitovaného do základního kvantového stavu (čas relaxace řádově 1011 s). Tím dojde k jejich prostorové separaci, a zabrání se tak jejich zpětné rekombinaci. Následuje pak extrakce nosičů náboje z oblasti trojice KT přítomným zabudovaným elektrickým polem v PIN struktuře, čímž přispějí k fotoproudu generovanému touto součástkou při osvětlení infračervenou částí slunečního spektra. Aby došlo k dostatečně silnému prostorovému oddělení elektronů v InAs kvantové tečce a děr v GaAsSb kvantových tečkách (aby se snížil překryv vlnových funkcí v nejnižším energetickém stavu), je potřeba vložit mezi InAs a GaAsSb kvantové tečky 1 až 3 nm tenkou vrstvu GaAs nebo GaAsSb s nízkým obsahem Sb. Nejnižší obsah Sb v GaAsi_xSbx v oblasti těsně přiléhající ke KT může být zvolen v rozmezí x=0 až 0,12. Toto složení je zvoleno tak, aby byla zachována dostatečná bariéra pro díry lokalizované v základním stavu v oblasti GaAsSb kvantových teček, a tím byly díry dostatečně prostorově odděleny od elektronů lokalizovaných v InAs kvantové tečce, a zároveň, aby byla bariéra nižší než energie děr v excitovaném stavu, čímž bude zajištěn dostatečný překryv vlnových fcí elektronů a děr v excitovaném stavu, a tím i generace elektron děravého páru. Koncentrace antimonu v GaAsi_xSbx kvantové tečce se pohybuje v rozmezí x=0,2 až 0,9 tak, aby byla dosažena heterostruktura II. typu, tj dominantní potenciálová jáma pro díry v oblasti GaAsSb kvantových teček (viz. obr. 1 b), jejíž bariéry tvoří na jedné straně GaAsSb vrstva s nízkou koncentrací Sb a na druhé straně krycí GaAs vrstva. Při vyšším obsahu Sb vznikají samouspořádávající se GaAsSb kvantové tečky blíže sebe. Vhodné tloušťky GaAsi-xSbx vrstvy, z níž během epitaxe samovolně vzniknou přiléhající KT, se pohybuje v rozmezí 2 až 10 nm. Vedlejším efektem této GaAsSb vrstvy je zabránění “rozpouštění“ InAs kvantové tečky během růstu krycí vrstvy. Bylo zjištěno, že k zesílení tvorby GaAsSb kvantových teček dochází, jestliže je pod InAs vrstvou deponována asi 0,5 až 3 nm tenká InGaAs podkladová vrstva. Tato vrstva má další výhodné funkce: zvyšuje prostorové oddělení elektronů a děr, zvyšuje plošnou hustotu InAs kvantových teček a usnadňuje extrakci elektronů z InAs kvantové tečky.Thus, the KT trio consists of one InAs quantum dot for electron localization and above it a pair of GaAsSb quantum dots for hole localization, see the self-ordered structure diagram as shown in Figure 2. This pair of GaAsSb KT arises spontaneously under suitable technological conditions on the sides of InAs KT the system has sufficient time at or after GaAsSb layer epitaxy to find thermodynamic equilibrium (typically when the layer growth time along with growth interruption after GaAsSb deposition is greater than 50 s). In this arrangement, the electrons and holes in the lowest energy state are spatially separated from each other, but the excited states in the two types of quantum dots overlap sufficiently to efficiently absorb light and generate an electron-hole pair as shown in Figure 3. Both charge carriers relax very quickly from excited to the basic quantum state (relaxation time of the order of 10 11 s). This results in their spatial separation and prevents their recombination. This is followed by the extraction of charge carriers from the triad KT region by the present built-in electric field in the PIN structure, thereby contributing to the photocurrent generated by this component when illuminated by the infrared part of the solar spectrum. In order to have a sufficiently strong spatial separation of electrons in the InAs quantum dot and holes in the GaAsSb quantum dots (to reduce the overlap of wave functions in the lowest energy state), a 1 to 3 nm thin layer of GaAs or GaAsSb s should be inserted between InAs and GaAsSb. low content of Sb. The lowest Sb content in GaAsi_ x Sb x in the region adjacent to KT can be selected in the range x = 0 to 0.12. This composition is selected to maintain a sufficient barrier for the baseline holes located in the GaAsSb region of quantum dots, thereby separating the holes sufficiently spatially from the electrons located in the InAs quantum dot, while keeping the barrier lower than the excited hole energy state, thereby ensuring sufficient overlapping of the electron waveforms and holes in the excited state, and thereby generation of the electron leaky pair. The concentration of antimony in GaAsi_ x Sb x quantum dot is in the range x = 0.2 to 0.9 so as to achieve II heterostructure. type, ie the dominant potential hole for holes in the area of GaAsSb quantum dots (see Fig. 1 b), whose barriers are formed on one side by a low Sb concentration GaAsSb layer and on the other side by a covering GaAs layer. With higher Sb content, self-organizing GaAsSb quantum dots come closer together. Suitable thicknesses of the GaAsi- x Sb x layer from which spontaneous KT spontaneously develops during epitaxy are in the range of 2 to 10 nm. A side effect of this GaAsSb layer is to prevent the "dissolution" of the InAs quantum dot during growth of the cover layer. It has been found that the formation of GaAsSb quantum dots is enhanced when about 0.5 to 3 nm thin InGaAs undercoat is deposited under the InAs layer. This layer has other advantageous functions: it increases the spatial separation of electrons and holes, increases the surface density of the InAs quantum dots, and facilitates the extraction of electrons from the InAs quantum dots.
Vícevrstvá polovodičová struktura podle vynálezu s výhodou obsahuje, směrem od substrátu, v uvedeném pořadí následující vrstvy:The multilayer semiconductor structure according to the invention preferably comprises, from the substrate, the following layers, respectively:
n-typová GaAs vrstva nelegovaná GaAs vrstva volitelně může obsahovat InGaAs podkladovou vrstvuThe n-type GaAs layer an unalloyed GaAs layer optionally may comprise an InGaAs backing layer
InAs smáčecí vrstva (průměrná tloušťka 1,8 až 2,5 monoatomové vrstvy) pro lokalizaci elektronů a na ní diskrétní InAs kvantové tečky volitelně může obsahovat GaAs nebo GaAsSb oddělovací vrstvu s nízkým obsahem GaSb složkyInAs wetting layer (average thickness of 1.8 to 2.5 monoatomic layer) for electron localization and discrete InAs quantum dots on it optionally can contain GaAs or GaAsSb low GaSb component separation layer
Vrstva s GaAsSb kvantovými tečkami pro lokalizaci děr (tloušťka je, podle složení GaAsSb, 2 až 10 nm) nelegovaná GaAs vrstva p-typová GaAs vrstvaGaAsSb layer of quantum dots for hole localization (thickness is 2 to 10 nm depending on GaAsSb composition) unalloyed GaAs layer p-type GaAs layer
Vícevrstvá polovodičová struktura podle vynálezu s výhodou může obsahovat, směrem od substrátu, v uvedeném pořadí následující vrstvy:The multilayer semiconductor structure according to the invention may advantageously comprise, from the substrate, the following layers, respectively:
n-typovou GaAs vrstvu o tloušťce například 200 nm,n-type GaAs layer with a thickness of for example 200 nm,
-3 CZ 307941 B6 nelegovanou GaAs vrstvu o tloušťce například 200 nm,An unalloyed GaAs layer having a thickness of, for example, 200 nm,
InyGai-yAs vrstvu o tloušťce 0,5 až 3 nm s obsahem In odpovídajícím uvedenému vzorci, kde y<0,3, s výhodou y=0,2,In y Ga- y As layer with a thickness of 0.5 to 3 nm with an In content corresponding to the above formula, where y <0.3, preferably y = 0.2,
InAs smáčecí vrstvu o tloušťce 1,8 až 2,5 monoatomové vrstvy, s výhodou 2 monoatomových vrstev, a na ní se nacházející InAs kvantové tečky (11), tenkou GaAsi_xSbx vrstvu kde x=0 až 0,12, s výhodou x=0,08, o tloušťce 1 až 3 nm,InAs wetting layer having a thickness of 1.8 to 2.5 monoatomové layers, preferably two layers monoatomových and located thereon InAs quantum dots (11), a thin GaAsi_ x Sb x layer wherein x = 0 to 0.12, preferably x = 0,08, of a thickness of 1 to 3 nm,
GaAsi.xSbx, kde x=0,2 až 0,9, o tloušťce 2 až 10 nm, s výhodou 5 nm, s kvantovými tečkami (10), nelegovanou GaAs vrstvu o tloušťce například 200 nm, a p-typovou GaAs vrstvu o tloušťce například 200 nm.GaAsi. x Sb x , where x = 0.2 to 0.9, with a thickness of 2 to 10 nm, preferably 5 nm, with quantum dots (10), an unalloyed GaAs layer with a thickness of, for example, 200 nm, and a p-type GaAs layer of a thickness of, for example, 200 nm.
Vrstvy struktury nesoucí kvantové tečky lze mnohonásobně opakovat a kombinovat s dostatečně velkými GaAs vrstvami, celková tloušťka takové struktury může mít tloušťku 200 nm až několik pm. U struktury obsahující více vrstev s kvantovými tečkami je navíc snížena rekombinace nosičů náboje migrujících skrze strukturu díky ortogonálním nekřížícím se trajektoriím elektronů a děr ve struktuře s kombinovanými In(Ga)As a GaAsSb kvantovými tečkami. Aby byla struktura funkční, musí být vložena do intrinzické oblasti GaAs PIN diody s nízkým zabudovaným elektrickým polem.The layers of the structure carrying the quantum dots can be repeated multiple times and combined with sufficiently large GaAs layers, the total thickness of such a structure may have a thickness of 200 nm to several µm. In addition, in a multi-layered multi-dot structure, the recombination of charge carriers migrating through the structure is reduced due to orthogonal non-crossing electron and hole trajectories in the combined In (Ga) As and GaAsSb quantum dot structure. For the structure to be functional, it must be inserted into the intrinsic area of the GaAs PIN diodes with a low built-in electric field.
Vícevrstvá polovodičová struktura může být připravena standardně používanou metodou plynné epitaxe z organokovových sloučenin (MOVPE) nebo pomocí epitaxe z molekulárních svazků (MBE), případně jinými epitaxními technologiemi umožňujícími přípravu vrstev s tloušťkou několik nanometrů (CBE, MOMBE).The multilayer semiconductor structure can be prepared by the standard method of gaseous epitaxy of organometallic compounds (MOVPE) or by molecular beam epitaxy (MBE), or by other epitaxial technologies enabling the preparation of layers with a thickness of several nanometers (CBE, MOMBE).
Pomocí tohoto vynálezu se s popsanými kombinovanými kvantovými tečkami podařilo až 72< zvýšit integrální fotoproud generovaný absorpcí světla s vlnovou délkou 900 až 1600 nm ve srovnání s jednoduchými InAs kvantovými tečkami. K dalšímu výraznému zvýšení fotoproudu (přibližně 200x) došlo při zabudování tenké InGaAs podkladové vrstvy pod kombinované kvantové tečky.Using the present invention, with the combined quantum dots described, up to 72% of the integral photocurrent generated by the absorption of light at a wavelength of 900 to 1600 nm was increased compared to single InAs quantum dots. Another significant increase in photocurrent (approximately 200x) occurred when the thin InGaAs underlayer was incorporated under the combined quantum dots.
Struktura podle předloženého vynálezu zvyšuje efektivitu generace fotoproudu tím, že účinně potlačuje zpětnou rekombinaci generovaných nosičů náboje.The structure of the present invention increases the efficiency of photocurrent generation by effectively suppressing the recombination of generated charge carriers.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 představuje schematické znázornění průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu ve směru epitaxního růstu (a) v heterostruktuře I. typu pouze s InAs kvantovými tečkami, kdy jsou elektrony i díry lokalizovány v InAs kvantových tečkách, (b) v heterostruktuře II. typu podle tohoto vynálezu s kombinovanými InAs a GaAsSb kvantovými tečkami, kdy jsou elektrony lokalizovány v InAs kvantových tečkách a díry v základním kvantovém stavu v GaAsSb kvantových tečkách.Giant. 1 is a schematic representation of the energy waveform of a conductive and valence band in the direction of epitaxial growth (a) in a type I heterostructure with only InAs quantum dots, with both electrons and holes located in InAs quantum dots, (b) in a heterostructure II. of the type of the invention with combined InAs and GaAsSb quantum dots, wherein the electrons are located in InAs quantum dots and the ground quantum state holes in GaAsSb quantum dots.
Obr. 2 (a) představuje schematické znázornění samouspořádané trojice KT podle vynálezu v řezu napříč InAs kvantovou tečkou pro lokalizaci elektronů a přilehlou dvojicí GaAsSb kvantových teček pro lokalizaci děr po stranách InAs kvantové tečky. Jednotlivé vrstvy jsou znázorněny ve směru epitaxního růstu od substrátu směrem vzhůru. Obr. 2 (b) je mikrofotografie povrchu příkladné struktury podle vynálezu a obr. 2 (c) představuje příkladný povrchový profil struktury podle vynálezu.Giant. 2 (a) is a schematic representation of a self-ordered triad of KTs of the invention in cross-section across the InAs quantum dot for electron localization and an adjacent pair of GaAsSb quantum dots for localizing holes in the sides of the InAs quantum dot. The individual layers are shown in the direction of epitaxial growth from the substrate upwards. Giant. Fig. 2 (b) is a photomicrograph of the surface of an exemplary structure of the invention; and Fig. 2 (c) shows an exemplary surface profile of a structure of the invention.
Obr. 3 představuje průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu a lokalizaci elektronů a děr v heterostruktuře podle tohoto vynálezu v (a) excitovaném stavu, který je využíván pro absorpci světla a (b) v základním kvantovém stavu, který je využíván pro rychlé prostorové oddělení elektronů a děr a zabránění zpětné rekombinace.Giant. 3 represents the energy waveforms of the conductive and valence bands and the localization of electrons and holes in the heterostructure of the present invention in (a) an excited state that is used for light absorption and (b) a ground quantum state that is used for rapid spatial separation of electrons; and preventing back recombination.
-4CZ 307941 B6-4GB 307941 B6
Obr. 4 představuje srovnání generovaného fotoproudu bez přiloženého napětí v závislosti na vlnové délce dopadajícího světla pro strukturu jen s jednou vrstvou InAs kvantových teček, s pěti vrstvami InAs kvantových teček a pro strukturu KT, podle jednoho provedení vynálezu, s kombinovanými InAs a GaAsSb.Giant. 4 is a comparison of the generated photocurrent without applied voltage depending on the wavelength of incident light for a structure with only one layer of InAs quantum dots, with five layers of InAs quantum dots and for a KT structure, according to one embodiment of the invention, with combined InAs and GaAsSb.
Obr. 5 představuje srovnání generovaného fotoproudu bez přiloženého napětí v závislosti na vlnové délce dopadajícího světla pro strukturu s kombinovanými InAs a GaAsSb kvantovými tečkami s GaAs podkladovou vrstvou a pro strukturu podle druhého provedení vynálezu s vloženou podkladovou InGaAs vrstvou o tloušťce 2 nm.Giant. 5 is a comparison of the generated photocurrent without applied voltage versus the wavelength of incident light for a structure with combined InAs and GaAsSb quantum dots with a GaAs backing layer and for a structure according to the second embodiment of the invention with an embedded InGaAs backing layer of 2 nm.
Obr. 6 představuje srovnání generovaného fotoproudu bez přiloženého napětí v závislosti na vlnové délce dopadajícího světla pro strukturu s jednou vrstvou kombinovaných InAs a GaAsSb kvantovými tečkami podle a pro strukturu s pěti vrstvami kombinovaných KT podle třetího provedení vynálezu.Giant. 6 is a comparison of the generated photocurrent without applied voltage versus the wavelength of incident light for a single layer structure of combined InAs and GaAsSb quantum dots according to and for a five layer structure of combined KTs according to a third embodiment of the invention.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1- Fotovoltaická struktura s kombinovanými KTExample 1- Photovoltaic structure with combined CH
Vícevrstvá polovodičová struktura byla zabudována do PIN diody. Struktura byla připravena standardně používanou metodou nízkotlaké plynné epitaxe z organokovových sloučenin (LP MOVPE).The multilayer semiconductor structure was built into the PIN diode. The structure was prepared using the standard method of low pressure gaseous epitaxy of organometallic compounds (LP MOVPE).
Struktura obsahuje následující vrstvy v pořadí:The structure contains the following layers in order:
n-typová GaAs podložka 1 n-typová GaAs epitaxní vrstva 2 s koncentrací děr 1017cm-3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C nelegovaná GaAs vrstva 3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °Cn-type GaAs substrate 1 of n-type GaAs epitaxial layer 2 having a concentration of holes of 10 17 cm -3, thickness 200 nm, the preparation temperature of 650 ° C unalloyed GaAs layer 3, the thickness of 200 nm, the preparation temperature of 650 ° C
InAs smáčecí vrstva 5 o tloušťce 2 atomárních vrstev pro lokalizaci elektronů, teplota přípravy 510 °C, doba růstu vrstvy 24 sekund, s přerušením růstu na 15 s pro vytvoření kvantových teček, na InAs smáčecí vrstvě 5 jsou diskrétní InAs kvantové tečky InAs GaAsi.xSbx vrstva 6_se složením odpovídajícím uvedenému vzorci, kde x=0,03 o tloušťce 2 nm, teplota přípravy 510 °CInAs wetting layer 5 with 2 atomic layer thicknesses for electron localization, preparation temperature 510 ° C, layer growth time 24 seconds, interrupting growth for 15 s to create quantum dots, InAs wetting layer 5 are discrete InAs quantum dots InAs GaAsi. x Sb x layer 6 with a composition corresponding to the above formula, where x = 0.03 with a thickness of 2 nm, preparation temperature 510 ° C
GaAsi-xSbx vrstva 7 s kvantovými tečkami 10, se složením x=0,20 a tloušťkou 6 nm, teplota přípravy 510 °C, doba růstu 50 sekund, s přerušením růstu na 10 s pro vytvoření kvantových teček 10 nelegovaná GaAs vrstva 8, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C p-typová GaAs epitaxní vrstva 9 s koncentrací děr 1017 cm3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °CGaAsi-xSbx layer 7 with quantum dots 10, with composition x = 0.20 and 6 nm thickness, preparation temperature 510 ° C, growth time 50 seconds, with 10 sec growth to create quantum dots 10 unalloyed GaAs layer 8, thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C p-type GaAs epitaxial layer 9 with a hole concentration 10 of 17 cm 3 , thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C
Po epitaxi byly na strukturu za studená napařeny kontakty PdGeAu. Alternativně mohou být kontakty provedeny z materiálu ITO. Závislost fotoproudu na energii dopadajícího záření připravené fotodiody a srovnání fotoproudu pro různé typy fotodiod s KT je prezentováno na obr.After epitaxy, PdGeAu contacts were steamed onto the cold structure. Alternatively, the contacts may be made of ITO material. The dependence of photocurrent on energy of incident radiation of prepared photodiode and comparison of photocurrent for different types of photodiodes with KT is presented in Fig.
4.4.
Příklad 2 - Fotovoltaická struktura s kombinovanými KT a InGaAs podkladovou vrstvouExample 2 - Photovoltaic structure with combined KT and InGaAs underlay
Vícevrstvá polovodičová struktura byla připravena podle příkladu 1 s tím rozdílem, že mezi nelegovanou GaAs vrstvu 3 a InAs smáčecí vrstvou 5 je vložena 2 nm tenká vrstva InGaAs.A multilayer semiconductor structure was prepared according to Example 1 with the difference that a 2 nm InGaAs layer is sandwiched between the unalloyed GaAs layer 3 and the InAs wetting layer 5.
Struktura obsahuje následující vrstvy:The structure contains the following layers:
n-typová GaAs podložka 1 n-typová GaAs epitaxní vrstva 2 s koncentrací děr 1017cm-3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °Cn-type GaAs pad 1 n-type GaAs epitaxial layer 2 with a hole concentration 10 17 cm -3 , thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C
-5 CZ 307941 B6 nelegovaná GaAs vrstva 3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C nelegovaná InyGai_yAs vrstva 4, ve které obsah In odpovídá uvedenému vzorci, kde y=0,2, tloušťka 2 nm, teplota přípravy 510 °CUnalloyed GaAs layer 3, thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C unalloyed In y Gai y As layer 4, wherein the content of In corresponds to the above formula, where y = 0.2, thickness 2 nm, preparation temperature 510 Noc: 2 ° C
InAs smáčecí vrstva 5 o tloušťce 2 atomárních vrstev, teplota přípravy 510 °C, doba růstu vrstvy 24 sekund, s přerušením růstu na 15 s pro vytvoření kvantových teček, na InAs smáčecí vrstvě 5 jsou diskrétní InAs kvantové tečky InAsInAs wetting layer 5 with 2 atomic layer thickness, preparation temperature 510 ° C, layer growth time of 24 seconds, with interruption of growth for 15 s to create quantum dots, InAs wetting layer 5 are discrete InAs quantum dots InAs
GaAsi.xSbx vrstva 6_se složením x=0,03 tloušťka 2 nm, teplota přípravy 510 °CGaAsi. x Sb x layer 6 with composition x = 0.03 thickness 2 nm, preparation temperature 510 ° C
GaAsi-xSbx vrstva 7 s kvantovými tečkami 10, se složením x=0,20 a tloušťkou 6 nm, teplota přípravy 510 °C, doba růstu 50 sekund, s přerušením růstu na 10 s pro vytvoření kvantových teček 10 nelegovaná GaAs vrstva 8, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C p-typová GaAs epitaxní vrstva 9 s koncentrací děr 1017 cm3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °CGaAsi-xSbx layer 7 with quantum dots 10, with composition x = 0.20 and 6 nm thickness, preparation temperature 510 ° C, growth time 50 seconds, with 10 sec growth to create quantum dots 10 unalloyed GaAs layer 8, thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C p-type GaAs epitaxial layer 9 with a hole concentration 10 of 17 cm 3 , thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C
Závislost fotoproudu na energii dopadajícího záření fotodiody připravené podle příkladu 2 s InyGai_yAs vrstvou 4 nacházející mezi nelegovanou GaAs vrstvou 3 a InAs smáčecí vrstvou 5. Srovnání s fotoproudem pro strukturu podle příkladu 1, kde je InAs smáčecí vrstva 5 bezprostředně nad nelegovanou GaAs vrstvou 3, je prezentováno na obr. 5.Photovoltaic energy dependence of photodiode prepared according to Example 2 with In y Gai As y layer 4 located between the unalloyed GaAs layer 3 and the InAs wetting layer 5. Comparison to the photocurrent for the structure of Example 1, wherein the InAs wetting layer 5 is immediately above the unalloyed GaAs Layer 3 is presented in Fig. 5.
Příklad 3 - Pětinásobná struktura pro využití v aktivní oblasti fotodiodyExample 3 - Five-fold structure for use in the active region of a photodiode
Struktura obsahující 5x strukturu kvantových teček překrytých GaAsSb gradovanou vrstvou: n-typová GaAs podložka 1 n-typová GaAs epitaxní vrstva 2 s koncentrací děr 1017cm-3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C nelegovaná GaAs vrstva 3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C5x structure comprising quantum dots overlapped structure GaAsSb graded layer of n-type GaAs substrate 1 of n-type GaAs epitaxial layer 2 having a concentration of holes of 10 17 cm -3, thickness 200 nm, the preparation temperature of 650 ° C unalloyed GaAs layer 3, the thickness of 200 nm , preparation temperature 650 ° C
InAs smáčecí vrstva 5 o tloušťce 2 atomárních vrstev, teplota přípravy 510 °C, doba růstu vrstvy 24 sekund, s přerušením růstu na 15 s pro vytvoření kvantových teček, na InAs smáčecí vrstvě 5 jsou diskrétní InAs kvantové tečky InAsInAs wetting layer 5 with 2 atomic layer thickness, preparation temperature 510 ° C, layer growth time of 24 seconds, with interruption of growth for 15 s to create quantum dots, InAs wetting layer 5 are discrete InAs quantum dots InAs
GaAsi-xSbx vrstva 6_se složením x=0,03, tloušťka 2 nm, teplota přípravy 510 °CGaAsi-xSbx layer 6 with composition x = 0.03, thickness 2 nm, preparation temperature 510 ° C
GaAsi-xSbx vrstva 7 s kvantovými tečkami 10, složení x=0,20 a tloušťka 6 nm, teplota přípravy 510 °C, doba růstu 50 s, s přerušením růstu na 10 s pro vytvoření kvantových teček 10 nelegovaná GaAs vrstva 8, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C p-typová GaAs epitaxní vrstva 9 s koncentrací děr 1017 cm3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °CGaAsi-xSbx layer 7 with quantum dots 10, composition x = 0.20 and thickness 6 nm, preparation temperature 510 ° C, growth time 50 s, with growth interruption for 10 s to create quantum dots 10 unalloyed GaAs layer 8, thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C p-type GaAs epitaxial layer 9 with hole concentration 10 17 cm 3 , thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C
Vrstvy 3 - 8 se 5* opakují.Layers 3-8 are repeated 5 *.
Na obr. 6 lze vidět zvýšení fotoproudu ve srovnání se strukturou obsahující jedinou vrstvu kvantových teček.Fig. 6 shows an increase in photocurrent compared to a structure comprising a single layer of quantum dots.
Příklad 4 - Třicetinásobná struktura pro využití v aktivní oblasti fotodiody (solárního článku)Example 4 - Thirty-fold structure for use in the active region of a photodiode (solar cell)
Struktura obsahující 30x strukturu kvantových teček překrytých GaAsSb gradovanou vrstvou: n-typová GaAs podložka 1 n-typová GaAs epitaxní vrstva 2 s koncentrací děr 1017cm-3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C nelegovaná GaAs vrstva 3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °CStructure comprising a quantum dot structure 30x superimposed GaAsSb graded layer of n-type GaAs substrate 1 of n-type GaAs epitaxial layer 2 having a concentration of holes of 10 17 cm -3, thickness 200 nm, the preparation temperature of 650 ° C unalloyed GaAs layer 3, the thickness of 200 nm , preparation temperature 650 ° C
InAs smáčecí vrstva 5 o tloušťce 2 atomárních vrstev, teplota přípravy 510 °C, doba růstu vrstvy 24 sekund, s přerušením růstu na 15 s pro vytvoření kvantových teček, na InAs smáčecí vrstvě 5 jsou diskrétní InAs kvantové tečky InAsInAs wetting layer 5 with 2 atomic layer thickness, preparation temperature 510 ° C, layer growth time of 24 seconds, with interruption of growth for 15 s to create quantum dots, InAs wetting layer 5 are discrete InAs quantum dots InAs
GaAsi-xSbx vrstva 6_se složením x=0,03, tloušťka 2 nm, teplota přípravy 510 °CGaAsi-xSbx layer 6 with composition x = 0.03, thickness 2 nm, preparation temperature 510 ° C
-6CZ 307941 B6-6GB 307941 B6
GaAsi.xSbx vrstva 7 s kvantovými tečkami 10, složení x=0,20 a tloušťka 6 nm, teplota přípravy 510 °C, doba růstu 50 s, s přerušením růstu na 10 s pro vytvoření kvantových teček 10 nelegovaná GaAs vrstva 8, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °C p-typová GaAs epitaxní vrstva 9 s koncentrací děr 1017 cm3, tloušťka 200 nm, teplota přípravy 650 °CGaAsi. x Sb x layer 7 with quantum dots 10, composition x = 0.20 and thickness 6 nm, preparation temperature 510 ° C, growth time 50 s, interrupt growth for 10 s to create quantum dots 10 unalloyed GaAs layer 8, thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C p-type GaAs epitaxial layer 9 with hole concentration 10 17 cm 3 , thickness 200 nm, preparation temperature 650 ° C
Vrstvy 3 - 8 se 30x opakují.Layers 3-8 are repeated 30 times.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynalezená vícevrstvá polovodičová struktura je vhodná pro zabudování do fotodiod, solárních článků nebo tandemových solárních článků pro absorpci světla ve spektrální oblasti 1100 až 1500 nm.The invented multilayer semiconductor structure is suitable for incorporation into photodiodes, solar cells or tandem solar cells for light absorption in the spectral range 1100 to 1500 nm.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2018-290A CZ307941B6 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Multilayer semiconductor structure for photoelectric devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2018-290A CZ307941B6 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Multilayer semiconductor structure for photoelectric devices |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2018290A3 CZ2018290A3 (en) | 2019-09-04 |
CZ307941B6 true CZ307941B6 (en) | 2019-09-04 |
Family
ID=67769782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2018-290A CZ307941B6 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Multilayer semiconductor structure for photoelectric devices |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ307941B6 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ303855B6 (en) * | 2011-09-14 | 2013-05-29 | Fyzikální ústav AV CR, v.v.i. | GaAsSb layer with graded composition reducing stress in InAs/GaAs quantum dots |
US20150214402A1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-07-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light receiving element and solar cell including light receiving element |
US20180013022A1 (en) * | 2013-03-28 | 2018-01-11 | University Of Massachusetts | Backside Configured Surface Plasmonic Structure for Infrared Photodetector and Imaging Focal Plane Array Enhancement |
-
2018
- 2018-06-14 CZ CZ2018-290A patent/CZ307941B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ303855B6 (en) * | 2011-09-14 | 2013-05-29 | Fyzikální ústav AV CR, v.v.i. | GaAsSb layer with graded composition reducing stress in InAs/GaAs quantum dots |
US20180013022A1 (en) * | 2013-03-28 | 2018-01-11 | University Of Massachusetts | Backside Configured Surface Plasmonic Structure for Infrared Photodetector and Imaging Focal Plane Array Enhancement |
US20150214402A1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-07-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light receiving element and solar cell including light receiving element |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Sudersena Rao Tatavarti, Zachary S. Bittner, A. Wibowo, Michael A. Slocum, George Nelson, Hyun Kum, S. Phillip Ahrenkiel, Seth M. Hubbard: Epitaxial Lift-off (ELO) of InGaP/GaAs/InGaAs solar cells with quantum dots in GaAs middle sub-cell, Solar Energy Materials and Solar Cells 185 (2018), pages 153–157, https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.05.016, Available online 18 May 2018, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024818302289 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2018290A3 (en) | 2019-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101596972B1 (en) | Type quantum dot solar cells | |
US7863516B2 (en) | Solar cell with epitaxially grown quantum dot material | |
Yu et al. | InGaAs and GaAs quantum dot solar cells grown by droplet epitaxy | |
US20050247339A1 (en) | Method of operating a solar cell | |
Carrington et al. | Type II GaSb/GaAs quantum dot/ring stacks with extended photoresponse for efficient solar cells | |
US8890114B2 (en) | Light-emitting device | |
Ramiro et al. | InAs/AlGaAs quantum dot intermediate band solar cells with enlarged sub-bandgaps | |
EP3533086B1 (en) | Photovoltaic device | |
Bradshaw et al. | Carrier transport and improved collection in thin-barrier InGaAs/GaAsP strained quantum well solar cells | |
JP2009026887A (en) | Solar cell | |
Preu et al. | Efficient III–V tunneling diodes with ErAs recombination centers | |
Wen et al. | Effect of GaAs step layer thickness in InGaAs/GaAsP stepped quantum-well solar cell | |
US20160211393A1 (en) | Tunnel Diode With Broken-Gap Quantum Well | |
JP5382696B2 (en) | Semiconductor optical device and semiconductor solar cell | |
CZ307941B6 (en) | Multilayer semiconductor structure for photoelectric devices | |
JP2013229388A (en) | Multi-lamination quantum dot structure body and method of manufacturing the same, and solar battery element using the same | |
Sayad et al. | Simulation study of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells | |
Tayagaki et al. | A proposal for wide-bandgap intermediate-band solar cells using type-II InP/InGaP quantum dots | |
Shoji et al. | InGaAs quantum dot solar cells with high energygap matrix layers | |
Oktyabrsky et al. | Nanoengineered quantum dot medium for space optoelectronic devices | |
Kang et al. | Optimal design of superlattice periods and well doping for III-nitride intersubband photodetectors | |
Bazhenov et al. | Impact-ionization-stimulated electroluminescence in isotype n-GaSb/n-AlGaAsSb/n-GaInAsSb heterostructures | |
RU2558264C1 (en) | Semiconductor structure for photo converting and light emitting devices | |
Kim et al. | The influence of direct, delta, and modulation QD Si doping on InAs/GaAs quantum dot solar cells | |
Bradshaw et al. | Determination of carrier recombination lifetime in InGaAs quantum wells from external quantum efficiency measurements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20220614 |