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1. (WO2014111314) HALBLEITERBAUELEMENT MIT HÄRTEPUFFER UND DESSEN VERWENDUNG
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Halbleiterbauelement mit Härtepuffer und dessen Verwendung

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, welches einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Härtepuffer aufweist. Dadurch werden geringere durchstoßende Versetzungsdichten, vor allem für Pufferschichten mit ansteigender Gitterkonstante, erreicht. Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement kann es sich um eine Solarzelle handeln. In diesem Fall wird durch den verbesserten Härtepuffer eine wesentlich höhere Effizienz der Solarzelle im Vergleich mit herkömmlichen Solarzellen beobachtet. Weiterhin wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements oder der erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle zur Stromerzeugung in Satelliten im Weltraum oder in terrestrischen photovoltaischen Konzentratorsystemen vorgeschlagen.

Der heutige Standard für Ill-V-Mehrfachsolarzellen besteht aus drei pn-Übergängen mit den Materialien Ga0,5l n0,5 , Ga0,99l n0,oiAs und Ge, welche git-terangepasst übereinander gewachsen werden. Es ist bekannt, dass die Effizi- enz dieser Solarzellen durch eine bessere Auswahl der Bandlückenenergien erhöht werden kann. Die optimalen Bandlückenkombinationen sind dabei oftmals nur mit Materialien erreichbar, welche unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen. In diesen Fällen müssen zwischen den Teilzellen meta-morphe Pufferschichten eingebaut werden, in welchen die Atomabstände im

Kristall verändert und das Gitter relaxiert werden kann.

In den metamorphen Puffern bilden sich allerdings durch die Verspannung des Kristallgitters Versetzungen (Matthews & Blakeslee, 1974, Journal of Crys-tal Growth, 27:118-125). Diese sollen auf den Puffer beschränkt bleiben und nicht den aktiven Teil der Solarzelle mit dem pn-Übergang erreichen.

Es wird zwischen zwei Arten von Versetzungen unterschieden, den sog. Fehlanpassungsversetzungen und den durchstoßenden Versetzungen.

Fehlanpassungsversetzungen verlaufen In der Wachstumsebene und enden vorzugsweise am Rand der Epitaxiesubstrate. Sie führen zu einem Abbau der Spannungen im Kristall. Diese Versetzungen sind wesentlich, um das Kristallgitter zu relaxieren und am Ende der Pufferstruktur mit einem kubischen Gitter zu enden.

Durchstoßende Versetzungen (teilweise auch Fadenversetzungen genannt) hingegen laufen in Wachstumsrichtung und enden an der Oberfläche der Epitaxiesubstrate. Die Versetzungen setzen sich mit dem epitaktischen Wachstum fort und durchdringen somit die aktiven Schichten der Solarzelle am pn-Übergang. Hierbei kann es sogar zu einer Multiplikation der Versetzu gen während des Wachstums und einer erhöhten Rauigkeit der Oberfläche kommen.

Photogenerierte Minoritätsladungsträger rekombinieren bevorzugt an Versetzungen und tragen dann nicht mehr zum Photostrom bei. Somit entsteht ein wesentlicher Verlustmechanismus, welcher sich negativ auf die Solarzelleneffizienz auswirkt. Die Dichte an durchstoßenden Versetzungen am Ende von metamorphen Pufferschichten muss daher minimiert werden.

Fehlanpassungsversetzungen bilden sich aufgrund von Verspannungen in den Pufferschichten. Dabei ist anzumerken, dass solche Fehlanpassungsversetzungen von durchstoßenden Versetzungen begrenzt sein können. Bewegen sich die Versetzungsarme bis zum Rand der Substrate, so verbleibt letztlich nur noch eine Fehlanpassungsversetzungen in der Ebene, welche zur Spannungsrelaxation beiträgt und gleichzeitig keinerlei Auswirkung auf die aktiven Bereiche der Solarzelle hat. Es ist daher wichtig, das Versetzungsgleiten in den Pufferschichten zu begünstigen.

Gleichzeitig ist es vorteilhaft, Fehlanpassungsversetzungen nicht an der Oberfläche, sondern tiefer im Kristall zu erzeugen. So kann eine negative Beeinflussung des Wachstumsprozesses an der Oberfläche vermieden werden.

Fehlanpassungsversetzungen bilden sich bevorzugt in weicheren Kristall-schichten mit einer geringeren Bindungsstärke zwischen den Atomen. Hier besteht auch eine höhere Mobilität der Versetzungen, welche typischerweise auf den Kristallebenen bis zum Rand der Substrate gleiten müssen. Es ist vorteilhaft, wenn Fehlanpassungsversetzungen in weichen Schichten unterhalb der Oberfläche gebildet werden und sich dort in der Wachstumsebene bis zum Rand ausbreiten können.

Heutige Pufferstrukturen in Ill-V-Mehrfachsolarzellen erfüllen diese Kriterien meist nicht und resultieren somit in einer erhöhten Dichte an durchstoßenden Versetzungen. Es ist bekannt, dass ein abrupter Übergang von einem Kristallgitter mit kleiner zu großer Gitterkonstante ungünstig ist und zur Ausbildung von zahlreichen durchstoßenden Versetzungen führen kann.

Aus diesem Grund werden heute typischerweise Pufferstrukturen mit einer Vielzahl von Einzelschichten eingesetzt, wobei die Gitterkonstante linear ode stufenweise innerhalb des Puffers variiert wird. Dies geschieht zum Beispiel durch einen graduellen Anstieg von Indium in Gai_xlnxAs (Bett et al., 2005, Materials Research Society Symposium Proceedings, vol. 836, p. 223-234; Dimroth et al., 2009, Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 34th IEEE).

Häufig untersuchte Pufferstrukturen bestehen aus SiGe auf Si, GaAsP auf GaP, GalnAs, AIGalnAs bzw. GalnP auf GaAs oder Ge. Bisherige Pufferstrukturen

werden dabei typischerweise aus einem ternären oder quaternären Materialsystem durch Variation der Zusammensetzung (z.B. In-Gehalt x in Gai_xlnxAs) hergestellt. Schrittweise wird dabei die Gitterkonstante verändert und der Kristall relaxiert nach dem Überschreiten einer kritischen Schichtdicke durch die Bildung von Versetzungen.

Tatsächlich liegt die Kristallhärte von ternären und quaternären Mischkristallen in einem bestimmten Kompositionsbereich immer über den Werten für die binären Endpunkte („solid Solution hardening"; siehe Goryunova et al., 1965, Hardness, vol. 4, p. 3-34). Somit entsteht beim Übergang von einem binären Material zu einer größeren oder kleineren Gitterkonstante meist eine Situation, bei welcher die Kristallhärte der ternären oder quaternären Übergangsschicht zunächst ansteigt und dann wieder abfällt.

Weiter findet man, dass die Kristallhärte der Ill-V-Verbindungshalbleiter mit zunehmender Gitterkonstante allgemein sinkt. Dies hängt mit einer Abnahme der Bindungsenergie bei größerem Abstand zwischen den Kristallatomen zusammen (Kühn et al., 1972, Kristall und Technik, vol. 7, p. 1077-1088).

Die meisten Pufferstrukturen in Solarzellen werden dazu genutzt einen Übergang von einer kleineren Gitterkonstante zu einer größeren Gitterkonstante zu bewerkstelligen. Dabei steigt die Kristallhärte zunächst an, sinkt dann aber ab einer bestimmten Komposition der Pufferstrukturen ab. Die reduzierte Kristallhärte an der Oberfläche führt zu einer bevorzugten Ausbildung von Versetzungen in den weicheren Schichten an der Oberfläche und damit zu einer erhöhten Rauigkeit und Durchstoßversetzungsdichte.

Im Folgenden werden Vertreter von metamorphen Pufferstrukturen mit einem Übergang von kleineren zu größeren Gitterkonstanten aufgeführt. Bei diesen Beispielen sinkt die Kristallhärte der obersten Pufferschichten, wenn eine bestimmte Gitterkonstante überschritten wird:

• In metamorphen Dreifachsolarzellen auf Germanium werden Gai_xlnxAs Pufferschichten auf Germanium eingesetzt, um die Gitterkonstante von Ge zu der Gitterkonstante von Ga0,83l no,i7As zu überführen. Dabei ist ein

Unterschied in der Gitterkonstante von 1,1 % zu überbrücken. Die Kris- tallhärte wächst in diesen Pufferstrukturen aus GalnAs kontinuierlich an. Der Übergang wird heute z.B. in acht gleich großen Stufen realisiert. Auf den Pufferstrukturen konnten bereits hervorragende Mehrfachsolarzellen aus Ga0,35ln0,65P/Ga0,83l no,i7As/Ge mit einem Wirkungsgrad von 41,1 % realisisiert werden (Dimroth et al., 2009, Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 34th IEEE. 2009; Guter et al., 2009, Applied Physics Letters, vol. 94, p. 223504-223513). Die Kristallhärte für GalnAs wird bei einer Gitterkonstante im Bereich von 5,8 Angström (Ga0,64l rio,36As mit 0,94 eV) sehr flach und fällt dann mit steigendem Indiumgehalt hin zu InAs ab. Der Einsatz von reinem GalnAs Pufferschichten ist in diesem Kompositionsbereich ungünstig.

Ein weiteres Materialsystem besteht aus Gai_xlnxP mit x > 0,5 auf GaAs (S. Klinger et al, 2011, Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2011 37th IEEE, 2011), welches insbesondere in invertiert metamorphen Solarzellen eingesetzt wird. Auch hier steigt die Gitterkonstante mit dem

Indiumgehalt an. In diesem Fall fällt grundsätzlich die Härte der Pufferschichten zur Oberfläche hin ab. Dies ist eine ungünstige Situation, welche zu erhöhten Durchstoßungsversetzungsdichten führt.

Ein weiteres Materialsystem besteht aus GaAsyPi_y auf GaP Hayashi et al., 1994, Proceedings of the 35th IEEE Photovoltaics Specialists Conference, Waikoloa, Hawai; Grassman et al., 2010, IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 57, p. 3361-3369) und erlaubt einen Übergang in der Gitterkonstante von Galliumphosphid zu Galliumarsenid zu realisieren. Auch hier steigt die Kristallhärte zunächst an und fällt dann ab einer bestimmten Arsenkonzentration stark zu Gailiumarsenid hin ab. Dies ist aus den oben genannten Gründen nicht günstig.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass besonders harte Schichten aus Stickstoff- oder Bor-haltigen Verbindungshalbleitern dazu genutzt werden können, durchstoßende Versetzungen in metamorphen Pufferstrukturen in die Ebene„umzubiegen". Solche Blockerschichten aus GalnNAs werden von Schöne et al. beschrieben (Schöne et al., 2008, Applied Physics Letters, vol. 92, p. 81905-3). Der Einsatz solcher Blockerschichten zur Reduktion der Versetzungsdichte ist aus EP 2 031 641 AI bekannt.

Die Blockerschichten werden oberhalb oder unterhalb der metamorphen Pufferstruktur eingebaut. Es handelt sich dabei um funktionale Bestandteile einer Pufferstruktur, welche allerdings nicht zur Relaxation des Kristalls verwendet werden, sondern ausschließlich zum Blockieren bzw. umbiegen von Versetzungen. Die Blockerschichten sind daher nicht relaxiert und befinden sich typischerweise oberhalb bzw. unterhalb der Pufferstrukturen.

Heutige metamorphe Pufferstrukturen weisen noch einen weiteren Bestandteil auf. Am Ende der Pufferstrukturen soll das Kristallgitter vollständig relaxiert sein, damit anschließend die Solarzellenstrukturen spannungsfrei aufgewachsen werden können. Um dies zu erreichen, wird eine so genannte Überschussschicht in die Strukturen eingefügt. Diese Schicht führt zu einer zusätzlichen Verspannung, welche über die Zielgitterkonstante hinausgeht und dazu führt, dass die darunter liegenden Pufferschichten weiter relaxieren. Sobald die Gitterkonstante der Überschussschicht in der horizontalen Ebene der Zielgitterkonstante entspricht, wird das Wachstum mit der Zielgitterkonstante weitgehend spannungsfrei fortgesetzt.

Eine optimale Struktur metamorpher Pufferschichten ist so aufgebaut, dass der Kristall an der Oberfläche während des Wachstums komplett verspannt ist und die Relaxation des Kristallgitters ausschließlich in tieferen Schichten erfolgt. Der Gradient in der Gitterkonstante wird entsprechend eingestellt, um eine Relaxation der jeweils obersten Schicht zu verhindern.

Um die Versetzungsbildung an der Oberfläche zu minimieren sollte die Kristallhärte innerhalb der Pufferschichten tendenziell ansteigen. So findet die Bildung und Ausbreitung der Fehlanpassungsversetzungen bevorzugt in den weicheren Pufferschichten unterhalb der Oberfläche statt. Dies ist bei den meisten heutigen Pufferstrukturen nach dem Stand der Technik nicht erfüllt. In diesen Fällen relaxiert das Kristallgitter bevorzugt in den weichen Schichten an der Oberfläche und es bilden sich durchstoßende Versetzungen, welche mit dem Kristall weiter wachsen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Dichte von Durchstoßversetzungen zu minimieren.

Die Aufgabe wird durch das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 und die Verwendungen des Halbleiterbauelements gemäß Anspruch 17 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauelement mit einem rückseitigen Sub-strat und mindestens einer frontseitigen Halbleiterschicht sowie einem zwischen Substrat und der mindestens einen frontseitigen Halbleiterschicht angeordneten Puffer bereitgestellt, wobei:

a) in jedem Bereich (A, B, C, D, ...) die Pufferschichten aus sich in der Zusam-mensetzung unterscheidenden Verbindungshalbleitern aufgebaut sind,

b) die Gitterkonstante in den Bereichen (A, B, C, D, ...) in Wachstumsrichtung ansteigt oder abfällt ,

c) die Kristallgitter in den Bereichen (A, B, C, D, ...) jeweils zumindest teilweise relaxiert sind und

d) beim Wechsel in einen anderen Bereich (A, B, C, D, ...) die Kristallhärte de benachbarten Pufferschichten aufgrund von sich in der Zusammensetzung unterscheidenden Verbindungshalbleitern in Wachstumsrichtung ansteigt.

Die Lösung der Aufgabe basiert somit auf einer neuartigen Pufferstruktur, bei welcher die Relaxation des Kristallgitters bevorzugt durch die Ausbildung von Fehlanpassungsversetzungen erfolgt, welche sich unterhalb der Oberfläche In der Ebene bis zum Rand der Substrate ausbreiten.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist geringere durchstoßende Versetzungsdichten in metamorphen Pufferschichten auf. Dies gilt insbesondere für Pufferschichten mit ansteigender Gitterkonstante. Beispielsweise für den Fall, dass es sich bei dem Halbleiterbauelement um eine Solarzelle handelt, verbessert sich hierdurch die Effizienz deutlich.

Vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Pufferschicht im Bereich des Gradienten in der Gitterkonstante aus zwei oder meh-reren Schichten aus Verbindungshalbleitern unterschiedlicher Zusammenset-

zung besteht, welche so ausgewählt werden, dass die Härte im Verlauf des Puffers ansteigt oder zumindest so wenig wie möglich abnimmt.

Um eine Abnahme der Härte während des Pufferwachstums zu vermeiden, kann das Material gewechselt werden, das heißt in Bezug auf das Ausgangsmaterial werden Elemente ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt. Eine Auswahl geeigneter Materialien ergibt sich aus den im Stand der Technik bekannten Härtewerten für Ill-V-Verbindungshalbleiter. Mindestens eine Pufferschicht im Bereich A des Puffers kann also aus einem anderen Verbindungshalbleiter als die Pufferschichten der weiteren Bereiche B, C, D, ... des Puffers bestehen.

Bevorzugt unterscheiden sich die Verbindungshalbleiter der benachbarten Pufferschichten dadurch, dass mindestens ein Element des Periodensystems aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Verbindungshalbleiter, bevorzugt Elementen der Gruppe III und/oder IV und/oder V des Periodensystems, ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt ist.

Vorzugsweise weisen die Verbindungshalbleiter der jeweiligen Pufferschichten der benachbarten Bereiche (A, B, C, D, ...) unterschiedliche Gehalte eines Elementes der Gruppe III, insbesondere Aluminium, zur Einstellung unterschiedlicher Kristallhärtegrade auf. So kann der Bereich B z.B. einen geringeren AI-Gehalt als der Bereich A aufweisen, woraus ein höherer Kristallhärtegrad resultiert. Ebenso ist erfindungsgemäß unter unterschiedlichen AI-Gehalten zu verstehen, dass der Bereich B frei von Aluminium ist.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass in den Verbindungshalbleitern der jeweiligen Pufferschichten der benachbarten Bereiche mindestens ein Element der Gruppe V durch ein anderes Element der Gruppe V zumindest teilweise ersetzt ist. So ist es möglich, dass die Pufferschichten im Bereich A Arsen als Gruppe V- Element aufweisen, während die Pufferschichten im Bereich B Phosphor oder Antimon als Gruppe V- Element aufweisen. Es ist aber ebenso möglich, dass das Arsen nur teilweise durch Phosphor oder Antimon ersetzt ist. Genauso kann auch ein umgekehrter Wechsel von Arsen oder Antimon zu Phosphor erfolgen. Auch durch diese Maßnahme kann der Kristallhärtegrad im Bereich B erhöht werden.

Weiterhin bevorzugt ist, dass in Wachstumsrichtung die Pufferschicht des höheren Bereichs, z.B. Bereich B, einen 1-40 % höheren, bevorzugt einen 2-25 % höheren, besonders bevorzugt 3-10 % höheren Kristallhärtegrad als die Pufferschicht des niedrigeren Bereichs, z.B. Bereich A, aufweist.

Die Gitterkonstante von der frontseitigen Halbleiterschicht kann mindestens 1 % höher oder kleiner sein als die Gitterkonstante von dem Substrat.

Die jeweiligen Bereiche (A, B, C, D, ...) enthalten bevorzugt mindestens zwei Pufferschichten. Insbesondere bestehen zwei oder mehrere Pufferschichten im Bereich A aus einem anderen Verbindungshalbleiter als zwei oder mehrere Pufferschichten aus dem Bereich B.

Der Gradient der Gitterkonstante innerhalb der Bereiche (A, B, C, D, ...) kann jeweils mindestens 0,5 % betragen.

Ferner kann die Gitterkonstante aller Pufferschichten in den Bereichen (A, B, C, D, ...) in Wachstumsrichtung monoton ansteigt oder fällt.

Generell kann mindestens eine Pufferschicht in den jeweiligen Bereichen (A, B, C, D, ...) aus lll-V Verbindungshalbleitern besteht und mit Si, Te, Zn, Se, Sb und/oder C dotiert sein.

Insbesondere ist das Kristallgitter in den jeweiligen Bereichen (A, B, C, D, ...) bei einer Wachstumstemperatur (von 550 bis 750 °C) mindestens zu 30 %, insbesondere mindestens zu 80 %, in Bezug auf die kubische Gitterkonstante der verwendeten Verbindungshalbleiter, relaxiert.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann dadurch gekennzeichnet sein, dass

a) das Substrat aus Si, Ge, GaAs, GaP, InP und/oder GaSb besteht;

b) der erste Verbindungshalbleiter aus SiGe, AIGalnAs, GalnAs, GaAsP, GaAsSb, AIGalnAsSb, AIGalnP und/oder GalnP besteht;

c) der zweite Verbindungshalbleiter aus SiGe, AIGalnAs, GalnAs, GaAsP, GaAsSb, AIGalnAsSb, AIGalnP und/oder GalnP besteht; und/oder

die frontseitige Halbleiterschicht aus Si, Ge, SiGe, GaAs, AIGalnAs, GalnAs, GaAsP, GaAsSb, AIGalnAsSb, InP, AIGalnP und/oder GalnP besteht.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform weist ein Substrat aus Si oder GaP, Bereich A aus GaAsP und Bereich B aus GalnP auf. Hier wird die Gitterkonstante zu größeren Gitterkonstanten überführt.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform sieht ein Substrat aus GaAs oder Ge, einen Bereich aus AIGalnAs und einen Bereich B aus AIGalnAs (mit einem geringeren AI-Gehalt als in Bereich A) oder aus AIGalnP oder GalnP vor. Hier wird die Gitterkonstante zu größeren Gitterkonstanten überführt.

Bevorzugt weist das Halbleiterbauelement zwischen dem Puffer und der mindestens eine frontseitige Halbleiterschicht mindestens eine Überschussschicht aus Verbindungshalbleiter auf, welche das Kristallgitter in Bezug auf die mindestens eine frontseitigen Halbleiterschicht zu 90 bis 100 % relaxiert.

Der Puffer des Halbleiterbauelements kann eine Dicke im Bereich von 200 nm bis 5000 nm, insbesondere von 1000 nm bis 3000 nm, aufweisen. Die Bereiche (A, B, C, D, ...) können eine Dicke von jeweils 100 nm bis 2500 nm, bevorzugt von jeweils 200 nm bis 1500 nm, aufweisen.

Bei dem Halbleiterbauelement kann es sich erfindungsgemäß um eine Mehrfachsolarzelle handeln.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement bzw. die erfindungsgemäße Mehrfachsolarzelle kann zur Stromerzeugung in Satelliten im Weltraum oder in terrestrischen photovoltaischen Konzentratorsystemen verwendet werden

Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellten, spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

Fig. 1 zeigt die Kristallhärte verschiedener Ill-V-Materialien in Abhängigkeit von ihrer spezifischen Gitterkonstante.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Halbleitersystems mit einem Puffer aus zwei unterschiedlichen Bereichen (Bereich A und Bereich B). Die mittlere Härte im Bereich B des Puffers übersteigt dabei die mittlere Härte im Bereich A des Puffers.

Fig. 3A zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes enthaltend einen Puffer, der aus sechs Schichten AIGalnAs (Bereich A) und zwei Schichten GalnP (Bereich B) aufgebaut ist. Insgesamt enthält der Puffer somit acht Pufferschichten.

Fig. 3B zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes enthaltend einen Puffer, der aus fünf Schichten AIGalnAs (Bereich A), zwei Schichten AIGalnAs (Bereich B) und einer Schicht GalnP (Bereich C) besteht. Insgesamt enthält der Puffer auch hier acht Pufferschichten.

Beispiel 1 - Halbleiterbauelement mit zwei verschiedenen Pufferbereichen

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist einen Härtepuffer auf, wobei dieser Puffer kontinuierlich oder gestuft die Gitterkonstante von dem Substrat zu der Gitterkonstante von der frontseitigen Halbleiterschicht überführt. Erfindungsgemäß weist der Puffer hierbei in Wachstumsrichtung des Halbleiterbauelements erst einen Bereich A mit mindestens einer Pufferschicht aus einem Verbindungshalbleiter auf, als auch einen Bereich B mit mindestens einer Pufferschicht aus einem zweiten Verbindungshalbleiter (siehe Fig. 2).

Erfindungsgemäß ist der mittlere Kristallhärtegrad von Bereich B größer ist als der mittlere Kristallhärtegrad von Bereich A und die Bereiche A und B sind zumindest teilweise relaxiert.

Beispiel 2 - Halbleiterbauelement mit acht Pufferschichten

Bei einem Übergang von Galliumarsenid zu größeren Gitterkonstanten beginnt die Gradientenschicht zunächst in dem weicheren Material aus AIGalnAs und wechselt dann bei größeren Gitterkonstanten zu GalnAs, AIGalnP bzw.

GalnP (siehe Fig. 3A). Der Puffer besteht aus sechs Schichten AIGalnAs (= Bereich A) und zwei Schichten GalnP (= Bereich B), wobei die Kristallhärte der Schichten in Bereich B im Mittel höher ist als die Kristallhärte in Bereich A.

Insgesamt enthält der Puffer acht Pufferschichten, welche alle eine unterschiedliche Gitterkonstante aufweisen, welche vom Substrat in Richtung der zu der Halbleiterschicht gitterangepassten Ga0.23l n0.77P-Schicht (d.h. in Wachstumsrichtung) ansteigt. Zudem enthält dieses Halbleiterbauelement auf der achten Pufferschicht eine Überschussschicht aus Ga0.i9ln0.8iP, welche dazu führt, dass die darunter liegenden Schichten 1 bis 8 weiter relaxieren. Auf der

Überschussschicht befindet sich eine zu der Halbleiterschicht gitterangepasste Schicht aus Gao.23l no.77P· An die gitterangepasste Schicht aus GalnP schließt sich die Halbleiterstruktur an. Eine mögliche Anwendung für diese Pufferstruktur ist eine invertiert metamorphe Dreifachsolarzelle mit aktiven pn-Übergängen in den Materialien GalnP (1.9 eV), GaAs (1.4 eV) und GalnAs (1.0 eV), wobei die Pufferstruktur zwischen die Teilsolarzelle aus GaAs und GalnAs eingebaut wird.

Beispiel 3 - Halbleiterbauelement mit acht Pufferschichten

Wie in Beispiel 2 wird auch in Beispiel 3 ein Übergang von Galliumarsenid zu größerer Gitterkonstante durch acht Pufferschichten erreicht (s. Fig. 3B). Die Pufferschicht teilt sich auf drei Bereiche A (fünf Schichten AIGalnAs), B (zwei Schichten AIGalnAs mit geringerem AI-Gehalt als in Bereich A) und C (eine Schicht aus GalnP) auf wobei durch den Übergang von Bereich A zu B und von

Bereich B zu C jeweils ein Anstieg in der Kristallhärte erreicht wird.

Insgesamt enthält der Puffer acht Pufferschichten, welche alle eine unterschiedliche Gitterkonstante aufweisen, welche vom Substrat in Richtung der zu der Halbleiterschicht gitterangepassten Ga0.23l n0.77P-Schicht (d.h. in Wachstumsrichtung) ansteigt. Zudem enthält dieses Halbleiterbauelement auf der achten Pufferschicht eine Überschussschicht aus Ga0.i9ln0.8iP, welche dazu führt, dass die darunter liegenden Schichten weiter relaxieren. Auf der Überschussschicht befindet sich eine zu der Halbleiterschicht gitterangepasste Schicht aus Gao.23l no.77P· An die gitterangepasste Schicht aus GalnP schließt sich die Halbleiterstruktur an. Eine mögliche Anwendung für diese Puffer-

struktur ist eine invertiert metamorphe Dreifachsolarzelle mit aktiven pn-Übergängen in den Materialien GalnP (1.9 eV), GaAs (1.4 eV) und GalnAs (1.0 eV), wobei die Pufferstruktur zwischen die Teilsolarzelle aus GaAs und GalnAs eingebaut wird.

Bei einem Übergang von Galliumphosphid zu größeren Gitterkonstanten beginnt eine Gradientenschicht bevorzugt zunächst in GaAsP (Bereich A) und wechselt dann bei größeren Gitterkonstanten zu GalnP (Bereich B).

Bei einem Übergang von Galliumarsenid zu größeren Gitterkonstanten beginnt eine Gradientenschicht bevorzugt zunächst in AIGalnAs (Bereich A) und wechselt dann zu einem geringeren AI-Gehalt (Bereich B). Weiterhin sind Übergänge von AIGalnAs zu GalnAs, von AIGalnAs zu AIGalnP, von AIGalnP zu GalnP, von GalnAs zu GalnP oder von GalnAs zu AIGalnP sinnvoll. Durch den Wechsel des Verbindungshalbleiters wird jeweils eine Erhöhung der Härte erreicht (siehe hierzu auch Fig. 1).