Insieme all’azienda III/V-Reclaim, gli scienziati del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE sono riusciti a produrre substrati di fosfuro di indio di alta qualità su arseniuro di gallio (wafer di InP su GaAs) con un diametro fino a 150 mm. Questi nuovi wafer possono sostituire efficacemente il classico fosfuro di indio in una varietà di applicazioni, offrendo un percorso scalabile verso costi inferiori. Il team di ricerca ha sviluppato un processo per depositare un sottile strato di InP di alta qualità su GaAs. Dopo uno speciale trattamento superficiale, questi wafer vengono consegnati pronti per l’epilisi, consentendo ai clienti di sviluppare direttamente strutture epitassiali III-V e produrre dispositivi semiconduttori ad alte prestazioni basati su InP.
L’applicazione del fosfuro di indio sull’arseniuro di gallio è complessa perché durante la crescita del fosfuro di indio si verificano difetti che possono compromettere le prestazioni del dispositivo finale. Gli scienziati sono riusciti a evitare questo problema incorporando una serie di “strati tampone metamorfici” e sottoponendo il wafer di InP su GaAs completamente cresciuto a una speciale fase di lucidatura chimico-meccanica. Dopo questa fase, i wafer risultano lucidi, con una rugosità superficiale molto bassa e una densità di difetti inferiore a 5*10⁶ cm⁻².
I ricercatori hanno testato la qualità del materiale e le prestazioni dei nuovi wafer di InP su GaAs e li hanno confrontati con i substrati standard di fosfuro di indio.
Frank Dimroth, responsabile del dipartimento di fotovoltaico III-V del Fraunhofer ISE
I risultati sono estremamente promettenti. Le celle fotovoltaiche prodotte sui nostri wafer ingegnerizzati raggiungono tensioni a circuito aperto paragonabili a quelle dei dispositivi di riferimento su wafer di InP di prima qualità. Le prestazioni sono costantemente uniformi su tutto il wafer da 6 pollici, consentendo una produzione affidabile e ad alta resa.
Wafer di InP su GaAs con un diametro di 4 e 6 pollici
Nell’ambito di una serie di esperimenti, il team di ricerca ha finora prodotto wafer di InP su GaAs con un diametro di 4 e 6 pollici, senza ostacoli previsti per una futura transizione a 8 pollici. I substrati classici in fosfuro di indio, d’altra parte, sono attualmente disponibili in dimensioni da 2 a 4 pollici, con una versione da 6 pollici disponibile solo di recente. Questo perché i substrati in arseniuro di gallio sono più robusti e i formati con un diametro fino a 8 pollici sono già ampiamente consolidati nell’industria dei semiconduttori. La maggiore stabilità dell’arseniuro di gallio consente inoltre di produrre wafer più sottili, il che significa che viene utilizzato meno materiale e si può risparmiare sui costi aggiuntivi.
Carmine Pellegrino, project manager del Fraunhofer ISE
La nostra tecnologia trae naturalmente vantaggio dall’utilizzo dell’arseniuro di gallio come base. I costi di produzione dei nuovi substrati sono significativamente inferiori a quelli dei wafer di fosfuro di indio, con un potenziale di risparmio fino all’80% nella produzione di massa, secondo i nostri primi calcoli. Inoltre, il nostro approccio aggira i vincoli di fornitura del fosfuro di indio.