Ⅲ-Ⅴ化合物的范德华外延生长与应用

Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系带隙涵盖范围广、载流子迁移率高,非常适宜用来制备发光二极管、激光器、高电子迁移率晶体管等光电子器件。在异质衬底上进行Ⅲ-Ⅴ化合物的共价外延时,只有外延层与衬底层间的晶格失配度较小时才能获得高质量外延层,而范德华外延已被证实可以有效放宽外延层与衬底层间晶格失配与热失配要求,有利于外延层的应力释放与质量提高,同时也易于外延层从衬底上剥离转移,为制备Ⅲ-Ⅴ化合物基新型光电子器件提供了便利。本文对二维(2D)材料、Ⅲ-Ⅴ化合物在石墨烯上的范德华外延过程以及使用范德华外延制备的Ⅲ-N基光电子器件的各项研究进行了讨论分析,并对其前景进行了展望。

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单晶材料发展动态

介绍了Ⅲ Ⅴ族化合物单晶生长工艺包括LEC、VCZ、VGF/VB、HB的发展现状 ;欲生长大直径、高质量单晶 ,仍须对热传输和化学计量等问题进行深入研究。目前 ,全世界Ⅲ Ⅴ族半导体单晶产量约 80t,产值约 5亿美元。

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中Co^(2+)的光谱及g因子的研究

采用一种修正的晶体场理论方法研究了３ｄ７离子在Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体中的光谱和ＥＰＲ谱ｇ因子．此方法考虑了ｄ７离子ｄ电子与配体混合而导致ｄ轨道中ｅ和ｔ２轨道畸变的各向异性以及配体旋轨耦合作用对ｇ因子的贡献，用此方法解释了ＧａＰ，ＩｎＰ和ＧａＡｓ中Ｃｏ２＋的光谱和ｇ因子。

Ⅲ-Ⅴ族化合物的电化学C-V测量

本文概述了常规耗尽层 C-V 分布中,可达深度和深度分辨率的基本限制。特别讨论了电化学 C-V 分布的实际技术和应用。列举了 PN4200自动描绘的Ⅲ-Ⅴ族化合物 GaAlAs/GaAs、InGaAsP/InP 多层异质结构的载流子浓度分布曲线,并分析了液相外延生长中 Zn 掺杂的特性。同时,还分析了测量精确度和深度分辨之间的关系,并考虑了电解液、接触面积、串联电阻和深态的影响。最后,叙述了电化学 C-V 技术在测量光电压谱和量子阱结构方面的应用。

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(7)

2014年，天津三安光电公司报道，他们成功研发了晶格应变三结叠层GaInP／GaInAs／Ge高倍聚光电池，并进行了规模生产，聚光电池效率达到40％～41％。在青海神光格尔木建立了50MW高倍聚光光伏电站，在青海日芯建立了60MW高倍聚光光伏电站。

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(2)

1GaAs材料和太阳电池的特点以GaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池为什么能取得高效率呢？这与它们材料的特性，以及所构成的太阳电池器件的结构有关。1）GaAs是一种典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，具有与Si相似的闪锌矿立方晶系结构，不同的只是Ga和As原子交替占位。

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(3)

在上世纪60年代，人们由GaAs材料的优良性质预见到，GaAs太阳电池能获得高的转换效率。但是初期用研制Si太阳电池的扩散p-n结方法来研制GaAs太阳电池并未获得成功。原因是GaAs材料的表面复活速率大，大部分光生载流子被表面复合中心复活，不能形成光生电流。

Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的发展和应用系列讲座(5) 砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(5)

聚光可利用相对便宜的光学系统，成百上千倍地提高照射到电池表面的太阳光强，相应增加电池的输出功率，降低光伏发电系统的成本。而且，聚光还可提高电池的效率。因为在理想情况下，在一定光强范围，电池的短路电流与光强呈正比，而开路电压随光强呈对数式增长。

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(6)

1997年Olson等提出采用Ga1-xInxN1-yAsy四元系材料来研制第三结子电池,因为这是化合物半导体材料中,唯一一种可通过调节x、y值（Ga0.93In0.07 N0.023As0.977）,既能得到约1 eV的带隙,又与GaAs晶格匹配的材料[24].但是,带隙为1 eV的窄带隙Ga1-xInxN1-yAsy材料的质量差,与N相关的本征缺陷多,少子扩散长度小,载流子迁移率低.虽然经过多年的努力,研制出的1 eV的GaInNAs太阳电池的量子效率和短路电流Isc仍不够大.

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体集成电路产业发展及其应用

本文对以砷化镓为主的三、五族化合物半导体集成电路产业的现状做出了描述,并对其发展前景做了预测。以砷化镓(GaAs)为代表的三、五族化合物半导体集成电路因其优越的高频、高速性能而长期被用于军事电子装备,作为其高频前端的核心器件。

Ⅲ-Ⅴ族化合物低维半导体材料制备技术及进展

低维半导体材料特别是Ⅲ -Ⅴ族化合物低维半导体材料日益受到人们的重视和深入的研究。文章回顾和评述了近几年Ⅲ -Ⅴ族化合物低维半导体材料包括量子阱、量子线、量子点的制备技术的进展 ,展望了这些技术在光电子器件等方面的应用前景。

砷化镓基系Ⅲ-V族化合物半导体太阳电池的发展和应用(8)

4 Ⅲ-Ⅴ族化合物电池研发的新动向 4．1含GalnNAs（Sb）晶格匹配的三～五结叠层聚光电池 前文介绍在研发与GaAs晶格匹配的1eV带隙的GaInNAs材料时遇到了困难，这一问题在2011年终于取得了突破。据Solar Junction公司报道，他们制备了高质量的稀N含量GaInNAs（Sb）分子束外延材料，并成功研制了GaInP／GaAs／GaInNAs（Sb）三结叠层电池。

几种Ⅲ─Ⅴ族化合物半导体材料的研究热点

本文分别介绍了Ⅲ－Ⅴ族化合物砷化镓（ＧａＡｓ），氮化镓（ＧａＮ），锑化镓（ＧａＳｂ）的特性、生长方 法，国内外研究水平及应用。

氢在Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体上的化学吸附能

本文应用格林函数方法计算氢在一组Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体上的化学吸附能（ΔＥ）和衬底向吸附原子的电荷转移（Δｑ）。半导体衬底用一维半无限ｓｐ轨道交替排列模型描述。结果表明，ΔＥ与半导体的禁带宽度和其表面指数密切相关。另外，当半导体表面格点上的原子分别为类－ｓ原子和类－ｐ原子时，ΔＥ也不相同。

基于Ⅲ-Ⅴ族材料制备的高效多结太阳电池最新技术进展

基于Ⅲ-Ⅴ族材料制备的多结太阳电池由于优越的性能,在空间电源领域和地面聚光方面的应用越来越受到重视。介绍了多结太阳电池的高光电转换效率机理,并从材料选择、结构设计、优化生长工艺等方面讨论了研发Ⅲ-Ⅴ族高效多结太阳电池的实现方案和最新技术进展。重点探讨了采用GaInNAs(Sb)新材料、倒置生长、半导体键合等技术方法。其中,采用半导体键合技术制备的GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs四结太阳电池光电转换效率为46%,也是目前实验室最高效率。此外,分析了Ⅲ-Ⅴ族高效多结太阳电池的发展方向,并对其前景进行了展望。

Ⅲ-Ⅴ族材料制备多结太阳电池的研究进展

讨论了采用Ⅲ-Ⅴ族化合物材料制备多结太阳电池时的材料选择和实现方案,重点探讨了采用渐变缓冲层、引入InGaAsN等新材料以及直接键合等三种方法。其中,采用渐变缓冲层结构的Ge/Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As三结太阳电池,转换效率提高到41.1%。而采用直接键合技术设计的InGaP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结太阳电池,以及应用InGaAsN等新材料设计的五结以上太阳电池,其转换效率还有可能达到新的高度。此外,一些创新技术,例如电池的反向生长技术、转移层技术以及将GaAs的量子阱结构和量子点应用于多结太阳电池,都为太阳电池效率的进一步提高提供了新的契机。

III-V族化合物半导体整体多结级连太阳电池——光伏技术的新突破

从1954年第一只光电转换效率达到实际应用水平的硅太阳电池在美国贝尔实验室诞生起，光伏技术已有了50多年的发展历史。在上个世纪70年代引发的能源危机刺激下，在空间飞行器能源系统需求的牵引下，这一技术领域内不断取得重要技术突破。晶体硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池等，越来越多的太阳电池技术日趋成熟。光电转换效率的不断提高及制造成本的持续降低，使今天的光伏技术在空间和地面都得到了越来越广泛的应用。

砷化镓基系III-V族化合物半导体太阳电池的发展和应用(9)

2014年9月，德国Fraunhofer太阳能系统研究所等单位报道，他们采用SBT研制的四结替层GaInP／GaAs／／GaInPAs／GaInAs聚光电池在324倍AM1．5D光强下，达到了当前国际最高电池效率46．5％（5．42mm2）。

Ⅲ-Ⅴ族(含氮化物)合金体系热、动力学计算机辅助分析系统

本项目以Ⅲ-Ⅴ族合金化合物半导体外延生长工艺设计为应用背景,建立了含Al-Ga-In-N-P-As-Sb-C-H等体系的Ⅲ-Ⅴ族合金化合物半导体热力学数据库。该库具有以下特点:①库中的数据都是根据严格的热力学关系,通过对体系中各种热力学性质和相平衡数据进行自洽性评估,而后取得体系中各相的热力学参数。②入库的数据与国际接轨,特别是与国际上热力学数据专门委员会——欧洲热化学学科组(SGTE)的数据相一致,有利于今后的发展和相互之间的交流;③数据库具有允许扩充。