Анализ диффузионных профилей фосфора в легированном галлием германии методом координатно-зависимой диффузии

Abstract

The phosphorus concentration profiles in germanium in In0,01Ga0,99As/In0,56Ga0,44P/Ge heterostructures with gallium co-diffusion, that were obtained during first cascade of a multicascade solar cell formation were analyzed. The diffusion of phosphorus took place from the layer In0,56Ga0,44P together with the diffusion of gallium in a strongly gallium-doped germanium substrate, which determined the features of the diffusion process. First of all, co-diffusion of gallium and phosphorus leads to formation of two p—n junctions. Fick’s laws cannot be used for diffusion description. Distribution of the P diffusivity (DP) in the depth of the sample was determined by two methods —Boltzmann—Matano (version of Sauer—Freise) and the coordinate-dependent diffusion method. It is shown that when we have used the coordinate-dependent diffusion method, the DP values are more consistent with the known literature data due to taking into account the drift component of diffusion. The tendency of DP to increase at the heterostructure boundary and to decrease at approaching to the main p—n junction is observed for both calculation methods. DP increase in the near-surface region of the p—n-junction, whose field is directed to the interface of the heterostructure, and the decrease in the region of the main p-n junction, whose field is directed in the opposite direction, as well as the observed growth of DP with the electron concentration, leads to the conclusion that diffusion in this case takes place as the part of negatively charged VGeP complexes, as in the case of P diffusion alone.В связи с развитием технологии многокаскадных солнечных элементов (МК СЭ) возрос интерес к германию как к подложке и материалу первого каскада МК СЭ на основе соединений АIIIВV. Фосфор и галлий являются основными легирующими элементами в германии, поэтому интерес к процессам их диффузии проявлялся с момента начала разработок технологии изготовления p—n-переходов в германии. Дан анализ профилей распределения фосфора в германии в структуре In0,01Ga0,99As/In0,56Ga0,44P/Ge в условиях содиффузии с галлием, полученные при формировании первого каскада МК СЭ. Диффузия фосфора проходила из слоя In0,56Ga0,44P вместе с диффузией галлия в сильно легированную галлием подложку германия, что определило особенности процесса диффузии. В первую очередь совместная диффузия галлия и фосфора приводит к формированию не одного, а двух p—n-переходов. Диффузионные профили фосфора не могут быть описаны законами Фика. Распределение коэффициента диффузии фосфора DP по глубине образца определяли двумя методами: Больцмана—Матано в варианте Зауэра—Фрейзе и методом координатно-зависимой диффузии. Показано, что учет дрейфовой компоненты в методе координатно-зависимой диффузии дает значения DP, более соответствующие известным литературным данным. Тенденция увеличения DP у границы гетероструктуры и уменьшения при приближении к основному переходу наблюдается для обоих методов расчета. Поле приповерхностного p—n-перехода, направлено к границе раздела гетероструктуры, а поле основного p—n-перехода — в противоположную сторону, также, как и наблюдаемый рост DP с концентрацией электронов. Увеличение DP в области приповерхностного p—n-перехода и уменьшение в области основного p—n-перехода позволяют сделать вывод, что диффузия в гетероструктуре идет в составе отрицательно заряженных комплексов VGeP, как и в случае диффузии одного компонента