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。

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(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.

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。

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。

离子注入在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的应用

介绍了离子注入ⅢⅤ族化合物半导体的特点，论述了离子注入ⅢⅤ族化合物半导体获得ｎ 、ｐ 型及深补偿能级的研究现状，讨论了离子注入ⅢⅤ族化合物后的退火及其保护问题。

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。

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(4)

进一步提高太阳电池效率最现实、最有效的途径是形成多结叠层聚光电池。这里以三结叠层电池为例来说明叠层电池的工作原理。选取3种半导体材料，如GaInP、GaInAs和Ge，

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(1)

介绍以直接带隙Ⅲ-Ⅴ族材料为主体的多结叠层聚光太阳电池的特性和研发进展。据报道,三结叠层GaInP/GaAs/Ge太阳电池已成为空间能源的主力军,四结叠层GaInP/GaAs/GaInPAs/GaInAs聚光太阳电池的效率已达46.5%。在不远的将来,实现高效(>50%)、低成本的Ⅲ-Ⅴ族多结叠层聚光电池是有现实可能的。

重掺Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体载流子浓度的光测法研究

本文应用计算机,绘出各类重掺Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体在不同等离子频率ω_p下的反射率曲线,从中找出了反射谱的高低频反射边在反射率极小值处所对应的频率ω_1与ω_2之和与ω_p间的函数关系.并应用此关系对不同载流子浓度的重掺Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体GaAs和Inp样品进行实验上的验证,获得了满意的结果.

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件的硫钝化

Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体的表面钝化是一个长期未能完满解决的问题．８０年代后期出现的硫钝化技术给钝化研究注入了活力．文章对有关硫钝化技术使Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体器件性能得到的改善以及所存在的问题进行了综述．

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。

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。

Ⅱ-Ⅵ族多元化合物半导体晶体生长及器件研究进展

Ⅱ-Ⅵ族多元(三元及三元以上)化合物半导体晶体是一类非常重要的光电子材料,多为闪锌矿结构,具有直接跃迁型能带结构。可以通过掺入不同的杂质获得n型或者p型半导体晶体材料。这些晶体具有原子序数大、电阻率高、载流子迁移率寿命积大、光吸收系数好等特点,可用于室温辐射探测器、太阳能电池、法拉第磁性器件等领域。本文介绍了Ⅱ-Ⅵ族多元化合物半导体晶体的结构和物理性质,结合生长方法综述了晶体生长的研究进展,分析讨论了器件的主要应用,并展望了该类晶体材料未来的发展方向。

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。

Ⅲ-Ⅴ族硼基化合物半导体反常热导率机理

采用基于玻尔兹曼输运方程的第一性原理计算方法深入研究了硼基Ⅲ-Ⅴ化合物的热导率性质,与Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族半导体进行对比,发现砷化硼的高热导率主要来源于硼基Ⅲ-Ⅴ化合物中声学支和光学支之间存在一个很大的频率带隙,导致两个声学声子的能量要小于一个光学声子的能量,无法满足三声子散射的能量守恒要求,严重遏制了三声子散射几率.金刚石的高热导率主要来自其拥有极大的声学声子群速度.磷化硼虽然也拥有较大的声学声子群速度,但是其频率带隙比较小,无法有效遏制三声子散射,所以磷化硼的热导率小于砷化硼;尽管锑化硼的频率带隙与砷化硼相当,但是由于其拥有较小的声学声子群速度和较大的耦合矩阵元,导致锑化硼的热导率低于砷化硼.该研究为设计高热导率半导体材料提供了新的认识.

Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体行波调制器共平面电极微波特性的分析

本文用直线法分析了具有半绝缘衬底和ｎ＋重掺杂外延层的Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体行波调制器中共平面行波电极的微波特性．首先指出了在这种共平面微波带线中奇对称模和偶对称模的不同作用，由此详细地分析了调制器各结构参数对奇对称模特性的作用．在对微波特性分析的基础上，设计出了高速行波光波导调制器的结构，器件的理论带宽可大于４０ＧＨｚ．最后对分析获得的微波特性进行了讨论，指出了用准静态法分析微波特性的可能性．

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）。