防漏電流超薄微型GaAs電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種防漏電流超薄微型GaAs電池，包括串聯(lián)成一體的復(fù)數(shù)個(gè)子電池，其特點(diǎn)是：子電池包括生長在襯底上厚度小于9μm的P-N-N-P反結(jié)外延層；子電池的上電極和下電極之間通過隔離槽中的絕緣膠絕緣隔離。本實(shí)用新型通過在GaAs襯底上面外延出厚度小于9μm的PN和NP形成的P-N-N-P反結(jié)外延層，使襯底和p-GaAs反結(jié)層形成了反偏電壓，起到了電流截止的作用，不僅解決了單元電池間的物理隔離造成底部漏電流的問題，有效減小了電池底部的漏電流，由于外延層很薄降低了后期腐蝕隔離等工藝難度，并有效提高了外延生長質(zhì)量；采用金絲焊接作為互聯(lián)電極，避免電極互聯(lián)短路，并且工藝簡單、有效降低了產(chǎn)品的制造成本。
【專利說明】防漏電流超薄微型GaAs電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光電轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種防漏電流超薄微型GaAs電池。
【背景技術(shù)】
[0002]防漏電流超薄微型GaAs電池是采用激光作為光源能量而發(fā)電的電池。由于激光是頻率響應(yīng)最好的單波長的光源，而太陽光是全光譜，因此相同單位面積的防漏電流超薄微型GaAs電池產(chǎn)生的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽光供能電池產(chǎn)生的電流，形成了穩(wěn)定大電流效應(yīng)，并且防漏電流超薄微型GaAs電池還具有體積小、重量輕、不受無線電波和電磁干擾、安全等特點(diǎn)；當(dāng)前，防漏電流超薄微型GaAs電池主要是作為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的驅(qū)動電源，并在電力、無線通信、醫(yī)療、航空航天等各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前，防漏電流超薄微型GaAs電池主要結(jié)構(gòu)為在光斑大小面積的GaAs襯底上串聯(lián)多個(gè)子電池；由于是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有開路電壓高的特點(diǎn)，但同時(shí)存在底部漏電流大的問題，因此大幅降低了防漏電流超薄微型GaAs電池的使用效果。為了減小防漏電流超薄微型GaAs電池的底部漏電流，采用的方法大多是增加GaAs外延結(jié)構(gòu)中各生長層的厚度，尤其是增加緩沖層的厚度(達(dá)到10 μ m?20 μ m)，取得了降低電池底部漏電流的效果；但由于該方法制成的防漏電流超薄微型GaAs電池外延層厚度大(達(dá)到18 μ?28 μ m)，不僅外延生長復(fù)雜、成本高，并且增加了電池后期制作工藝的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種厚度薄、外延生長和整體電池制作工藝簡單、成本低，并且電池底部漏電流小的一種防漏電流超薄微型GaAs電池。
[0005]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:
[0006]防漏電流超薄微型GaAs電池，包括串聯(lián)成一體的復(fù)數(shù)個(gè)子電池，其特點(diǎn)是:所述子電池包括生長在襯底上厚度小于9 μ m的P-N-N-P反結(jié)外延層；子電池的上電極和下電極之間的隔離槽中置有絕緣膠。
[0007]本實(shí)用新型還可以采用如下技術(shù)方案:
[0008]所述P-N-N-P反結(jié)外延層自襯底上依次為厚度0.3 μ m的p-GaAs反結(jié)層、0.1 μ m的1-GaAs非摻雜層、2 μ m的n_GaAs緩沖層、1000A的n_GaAs窗口層、3 μ m的n_GaAs基
區(qū)層、I μ m的p-GaAs發(fā)射層、2 μ m的p-GaAs窗口層和0.2 μ m的p-GaAs重?fù)綄印?br> [0009]所述上電極由依次蒸鍍在p-GaAs重?fù)綄由系纳想姌O金下層、上電極銀層和上電極金上層構(gòu)成；所述下電極由依次蒸鍍在下電極區(qū)域上的下電極金下層、下電極鍺層、下電極銀層和下電極金上層構(gòu)成；所述下電極區(qū)域?yàn)槿サ舨糠諴-GaAs重?fù)綄?、p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層和n-GaAs窗口層露出的n-GaAs緩沖層。
[0010]所述隔離槽位于下電極區(qū)域n-GaAs緩沖層及其下面的1-GaAs非摻雜層和P-GaAs反結(jié)層與未去掉p-GaAs重?fù)綄?、p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層和n_GaAs窗口層的P-N-N-P反結(jié)外延層之間，隔離槽底部為去掉p-GaAs反結(jié)層后露出的襯底。
[0011]所述復(fù)數(shù)個(gè)子電池串聯(lián)成一體用的金絲焊接作為互聯(lián)電極。
[0012]所述絕緣膠為P I絕緣膠。
[0013]構(gòu)成微型GaAs電池的襯底周圍的電池邊界線圍城2.2mmX2.2mm的電池面積。
[0014]所述子電池之間填充有P I絕緣膠。
[0015]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0016]1、本實(shí)用新型通過在GaAs襯底上面外延出厚度小于9 μ m的PN和NP形成的P-N-N-P反結(jié)外延層,使襯底和p-GaAs反結(jié)層形成了反偏電壓，起到了電流截止的作用，不僅解決了單元電池間的物理隔離造成底部漏電流的問題，有效減小了電池底部的漏電流，并且由于外延層很薄降低了后期腐蝕隔離等工藝的難度，并有效提高了外延生長的質(zhì)量。
[0017]2、本實(shí)用新型采用了金絲焊接作為互聯(lián)電極，無需PI膠隔離工藝，不僅避免電極互聯(lián)短路，并且工藝簡單、有效降低了產(chǎn)品的制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型防漏電流超薄微型GaAs電池主視剖面展開示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型防漏電流超薄微型GaAs電池俯視外形示意圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型防漏電流超薄微型GaAs電池1-V電性能測試曲線圖。
[0021]圖中:1、p-GaAs重?fù)綄?2、p-GaAs 窗口層,3、p-GaAs 發(fā)射層,4、n-GaAs 基區(qū)層，
5、n-GaAs窗口層，6、n-GaAs緩沖層，7、1-GaAs非摻雜層，8、p-GaAs反結(jié)層，9、襯底，10、上電極，11、上電極金下層，12、上電極銀層，13、上電極金上層，14、下電極，15、下電極金下層，16、下電極鍺層，17、下電極銀層，18、下電極金上層，19、隔離槽，20、互聯(lián)電極，21、電池邊界線，22、隔離槽底部，23、下電極區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0023]一種防漏電流超薄微型GaAs電池，一種防漏電流超薄微型GaAs電池，包括串聯(lián)成一體的復(fù)數(shù)個(gè)子電池，其特點(diǎn)是:所述子電池包括生長在襯底9上厚度小于9 μ m的P-N-N-P反結(jié)外延層；子電池的上電極10和下電極14之間的隔離槽19中置有絕緣膠。
[0024]所述P-N-N-P反結(jié)外延層自襯底上依次為厚度0.3 μπι的p-GaAs反結(jié)層8、0.1 μπι
的 1-GaAs 非摻雜層 7、2 μ m 的 n-GaAs 緩沖層 6、] {}()()人的 n-GaAs 窗口層 5、3μηι 的 n-GaAs基區(qū)層4、1 μ m的p-GaAs發(fā)射層3、2 μ m的p-GaAs窗口層2和0.2 μ m的p-GaAs重?fù)綄覫。所述上電極由依次蒸鍍在P-GaAs重?fù)綄由系纳想姌O金下層11、上電極銀層12和上電極金上層13構(gòu)成；所述下電極由依次蒸鍍在下電極區(qū)域23上的下電極金下層15、下電極鍺層
16、下電極銀層17和下電極金上層18構(gòu)成；
[0025]所述下電極區(qū)域?yàn)槿サ舨糠謕-GaAs重?fù)綄?、p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層和n-GaAs窗口層露出的n-GaAs緩沖層；所述隔離槽位于下電極區(qū)域n-GaAs緩沖層及其下面的i_GaAs非慘雜層和P-GaAs反結(jié)層與未去掉P-GaAs重慘層、P-GaAs窗口層、P-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層和n-GaAs窗口層的P-N-N-P反結(jié)外延層之間，隔離槽底部22為去掉p-GaAs反結(jié)層后露出的襯底；所述復(fù)數(shù)個(gè)子電池串聯(lián)成一體用的金絲焊接作為互聯(lián)電極20 ;所述絕緣膠為P I絕緣膠；構(gòu)成微型GaAs電池的襯底周圍的電池邊界線21圍城2.2mmX 2.2mm的電池面積；所述子電池之間填充有P I絕緣膠。
[0026]本實(shí)用新型防漏電流超薄微型GaAs電池的制備過程:
[0027]步驟1、準(zhǔn)備襯底
[0028]選用直徑100mm、厚度300 μ m、徑向偏離2°的半絕緣GaAs材料作為如圖1所示生長外延層的GaAs襯底；
[0029]步驟2、反結(jié)生長外延層
[0030]采用氣相外延生長(MOVPE)技術(shù)，在步驟I中GaAs襯底上面自下至上依次生長厚
度為0.3 μ m的p-GaAs反結(jié)層、0.1 μ m的1-GaAs非摻雜層、2 μ m的n-GaAs緩沖層、1000A
的n-GaAs窗口層、3 μ m的n_GaAs基區(qū)層、I μ m的p-GaAs發(fā)射層、2 μ m的p-GaAs窗口層、
0.2 μ m的p-GaAs重?fù)綄樱恍纬蒔-N-N-P反結(jié)外延層；
[0031]步驟3、制作子電池
[0032]⑴光刻隔離槽圖形
[0033]步驟2完成后,將GaAs襯底置于涂膠機(jī),在p_GaAs重?fù)綄由贤可弦粚幽z厚在5 μ m以上的BP218正型光刻膠，1000轉(zhuǎn)/分鐘以下的轉(zhuǎn)速甩膠，勻膠后，90°C烘膠30分鐘；用光刻機(jī)以20mW/cm2曝光12秒，室溫環(huán)境用I % NaOH溶液顯影35秒，用熱阻式烘箱110°C堅(jiān)膜30分鐘；以2.2mmX 2.2mm為一個(gè)電池的面積,用光刻版在直徑IOOmm面積的p-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛龆鄠€(gè)電池如圖2所示隔離槽圖形；
[0034]⑵濕法腐蝕隔離槽
[0035]在步驟3⑴光刻出的隔離槽的圖形內(nèi)，依次用體積比檸檬酸飽和液:H202=5:1作為檸檬酸腐蝕液腐蝕3分鐘，去掉p-GaAs重?fù)綄?，去離子水沖洗掉檸檬酸腐蝕液；用濃HCL腐蝕I分鐘，去掉P-GaAs窗口層，去離子水沖洗掉濃HCL腐蝕液；用檸檬酸腐蝕液腐蝕6分鐘,去掉p-GaAs發(fā)射層和n-GaAs基區(qū)層，去離子水沖洗掉檸檬酸腐蝕液；用濃HCL腐蝕I分鐘,去掉n-GaAs窗口層，去離子水沖洗掉濃HCL腐蝕液；用檸檬酸腐蝕液腐蝕4min，去掉n-GaAs緩沖層、1-GaAs非摻雜層和p-GaAs反結(jié)層，去離子水沖洗掉檸檬酸腐蝕液，直至露出GaAs襯底作為隔離槽底部，每個(gè)電池面積腐蝕出圖2所示六條均布的隔離槽，GaAs襯底每個(gè)電池面積上隔離出的六個(gè)凸出塊作為六個(gè)子電池；
[0036]步驟4、制作下電極
[0037]⑴光刻下電極區(qū)域的圖形
[0038]步驟3完成后，將GaAs襯底置于涂膠機(jī)上，在步驟3制成的每六個(gè)子電池p_GaAs重?fù)綄由贤可弦粚? μ m以上厚的BP218正型光刻膠，1000轉(zhuǎn)/分鐘以下的轉(zhuǎn)速甩膠，勻膠后，90°C烘膠30分鐘；用光刻機(jī)以20mW/cm2曝光12秒，室溫環(huán)境用1% NaOH溶液顯影35秒，用熱阻式烘箱110°C堅(jiān)膜30分鐘，用光刻版在ρ-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛鰣D2所示的蒸鍍下電極的下電極區(qū)域的圖形；
[0039]⑵濕法腐蝕出下電極區(qū)域
[0040]在步驟4⑴光刻出的下電極區(qū)域圖形上，依次用體積比檸檬酸飽和液:H202=5:1作為檸檬酸腐蝕液腐蝕腐蝕3分鐘，去除掉p-GaAs重?fù)綄?，去離子水沖洗掉檸檬酸腐蝕液；用濃HCL腐蝕I分鐘，去除掉p-GaAs窗口層，去離子水沖洗掉濃HCL腐蝕液；用檸檬酸腐蝕液腐蝕6分鐘，去除掉p-GaAs發(fā)射層和n-GaAs基區(qū)層，去離子水沖洗掉檸檬酸腐蝕液；用濃HCL腐蝕I分鐘，去除掉n-GaAs窗口層至露出n-GaAs緩沖層，去離子水沖洗掉濃HCL腐蝕液，每個(gè)電池面積腐蝕出圖1所示蒸鍍下電極的下電極區(qū)域；
[0041]⑶蒸鍍下電極金屬層
[0042]為防止電池短路，在隔離槽中填充PI膠，用真空度大于5X10_4Pa的高真空鍍膜機(jī)，在每一個(gè)子電池下電極區(qū)域中的n-GaAs緩沖層上面按照圖2所示的下電極區(qū)域自下至
上依次蒸鍍厚度為1000A的下電極金下層、3000A的下電極鍺層、5 μ m的下電極銀層和
3000A的下電極金上層，完成每一個(gè)子電池下電極的制作過程。
[0043]步驟5、制作上電極
[0044]在各子電池與其下電極之間的空隙處填充PI膠，用真空度大于5 X KT4Pa的高真空鍍膜機(jī)，用光刻版在每一個(gè)子電池的P-GaAs重?fù)綄由厦婀饪坛鰣D2所示的上電極圖形，
按照上電極圖形在P-GaAs重?fù)綄由厦孀韵轮辽弦来握翦兒穸葹樨?00人的上電極金下層、
5μπι的上電極銀層和3000人的上電極金上層，完成每一個(gè)子電池上電極的制作過程；
[0045]步驟6、焊接互聯(lián)電極
[0046]用直徑為25 μ m的金絲對六個(gè)子電池中相鄰子電池的上電極和下電極焊接,形成五個(gè)金線互聯(lián)電極，使六個(gè)子電池串聯(lián)成一體；
[0047]步驟7、蒸鍍減反射膜
[0048]步驟6完成后，GaAs襯底放到高真空鍍膜機(jī)的蒸鍍盤上，將50g_60g的三氧化二鈦和SOg-1lOg的一氧化硅分別裝入坩堝，坩堝放在蒸鍍盤上；關(guān)閉高真空鍍膜機(jī)的真空室門，對高真空鍍膜機(jī)進(jìn)行真空度大于5X 10_4Pa的抽真空，對電池整體表面先后進(jìn)行56n m厚的三氧化二鈦蒸鍍和90nm厚的一氧化硅蒸鍍，電池整體表面形成減反射膜；
[0049]步驟8、劃片
[0050]用劃片機(jī)將蒸鍍減反射膜后的電池圓片沿著圖2所示電池邊界線進(jìn)行劃片，制成多個(gè)2.2mmX2.2mm正方形的防漏電流超薄微型GaAs電池，完成本實(shí)用新型外形為
2.2mmX 2.2mm、外延層厚度為9 μ m的防漏電流超薄微型GaAs電池的制造過程。
[0051 ] 防漏電流超薄微型GaAs電池的電性能測試:
[0052]由于短路電流和填充因子的大小能夠反應(yīng)電池的漏電是否得到有效控制。采用激光波長830nm、功率為600mW、光纖直徑為1.8mm的可調(diào)式激光器對本實(shí)用新型制備的防漏電流超薄微型GaAs電池進(jìn)行1-V電性能測試和電池底部漏電測試，如表I和圖3所示的測試數(shù)據(jù):開路電壓為6.5V，短路電流達(dá)到47.2mA、填充因子為67%，最大功率點(diǎn)處電壓值達(dá)到5.4V。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了本實(shí)用新型制造的電池不僅厚度薄、外延生長和整體電池制作工藝簡單、成本低，而且對降低電池底部漏電的發(fā)生起到了明顯的效果。
[0053]表I電池底部漏電測試數(shù)據(jù)表
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種防漏電流超薄微型GaAs電池，包括串聯(lián)成一體的復(fù)數(shù)個(gè)子電池，其特征在于:所述子電池包括生長在襯底上厚度小于9 μ m的P-N-N-P反結(jié)外延層；子電池的上電極和下電極之間的隔離槽中置有絕緣膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:所述P-N-N-P反結(jié)外延層自襯底上依次為厚度0.3 μ m的p-GaAs反結(jié)層、0.1 μ m的i_GaAs非摻雜層、2 μ m的n-GaAs緩沖層、| ()()0人的n_GaAs窗口層、3 μ m的n_GaAs基區(qū)層、I μ m的ρ-GaAs發(fā)射層、2 μ m的p-GaAs窗口層和0.2 μ m的p-GaAs重?fù)綄印?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:所述上電極由依次蒸鍍在P-GaAs重?fù)綄由系纳想姌O金下層、上電極銀層和上電極金上層構(gòu)成；所述下電極由依次蒸鍍在下電極區(qū)域上的下電極金下層、下電極鍺層、下電極銀層和下電極金上層構(gòu)成；所述下電極區(qū)域?yàn)槿サ舨糠諴-GaAs重?fù)綄?、p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n_GaAs基區(qū)層和n_GaAs窗口層露出的n_GaAs緩沖層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:所述隔離槽位于下電極區(qū)域n-GaAs緩沖層及其下面的i_GaAs非摻雜層和p-GaAs反結(jié)層與未去掉p-GaAs重?fù)綄?、p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n_GaAs基區(qū)層和n-GaAs窗口層的P_N_N_P反結(jié)外延層之間，隔離槽底部為去掉p-GaAs反結(jié)層后露出的襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:所述復(fù)數(shù)個(gè)子電池串聯(lián)成一體用的金絲焊接作為互聯(lián)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:所述絕緣膠為PI絕緣膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:構(gòu)成微型GaAs電池的襯底周圍的電池邊界線圍城2.2mmX2.2mm的電池面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防漏電流超薄微型GaAs電池，其特征在于:所述子電池之間填充有P I絕緣膠。
【文檔編號】H01L31/0352GK203398114SQ201320437419
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】梁存寶, 杜永超, 肖志斌 申請人:天津恒電空間電源有限公司, 中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所