防漏电流超薄微型GaAs电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种防漏电流超薄微型GaAs电池，包括串联成一体的复数个子电池，其特点是：子电池包括生长在衬底上厚度小于9μm的P-N-N-P反结外延层；子电池的上电极和下电极之间通过隔离槽中的绝缘胶绝缘隔离。本实用新型通过在GaAs衬底上面外延出厚度小于9μm的PN和NP形成的P-N-N-P反结外延层，使衬底和p-GaAs反结层形成了反偏电压，起到了电流截止的作用，不仅解决了单元电池间的物理隔离造成底部漏电流的问题，有效减小了电池底部的漏电流，由于外延层很薄降低了后期腐蚀隔离等工艺难度，并有效提高了外延生长质量；采用金丝焊接作为互联电极，避免电极互联短路，并且工艺简单、有效降低了产品的制造成本。
【专利说明】防漏电流超薄微型GaAs电池
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光电转换【技术领域】，特别是涉及一种防漏电流超薄微型GaAs电池。
【背景技术】
[0002]防漏电流超薄微型GaAs电池是采用激光作为光源能量而发电的电池。由于激光是频率响应最好的单波长的光源，而太阳光是全光谱，因此相同单位面积的防漏电流超薄微型GaAs电池产生的电流远远大于太阳光供能电池产生的电流，形成了稳定大电流效应，并且防漏电流超薄微型GaAs电池还具有体积小、重量轻、不受无线电波和电磁干扰、安全等特点；当前，防漏电流超薄微型GaAs电池主要是作为微机电系统(MEMS)的驱动电源，并在电力、无线通信、医疗、航空航天等各领域有着广泛的应用前景。
[0003]目前，防漏电流超薄微型GaAs电池主要结构为在光斑大小面积的GaAs衬底上串联多个子电池；由于是串联结构，具有开路电压高的特点，但同时存在底部漏电流大的问题，因此大幅降低了防漏电流超薄微型GaAs电池的使用效果。为了减小防漏电流超薄微型GaAs电池的底部漏电流，采用的方法大多是增加GaAs外延结构中各生长层的厚度，尤其是增加缓冲层的厚度(达到10 μ m?20 μ m)，取得了降低电池底部漏电流的效果；但由于该方法制成的防漏电流超薄微型GaAs电池外延层厚度大(达到18 μ?28 μ m)，不仅外延生长复杂、成本高，并且增加了电池后期制作工艺的难度。
【发明内容】
[0004]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种厚度薄、外延生长和整体电池制作工艺简单、成本低，并且电池底部漏电流小的一种防漏电流超薄微型GaAs电池。
[0005]本实用新型采取的技术方案是:
[0006]防漏电流超薄微型GaAs电池，包括串联成一体的复数个子电池，其特点是:所述子电池包括生长在衬底上厚度小于9 μ m的P-N-N-P反结外延层；子电池的上电极和下电极之间的隔离槽中置有绝缘胶。
[0007]本实用新型还可以采用如下技术方案:
[0008]所述P-N-N-P反结外延层自衬底上依次为厚度0.3 μ m的p-GaAs反结层、0.1 μ m的1-GaAs非掺杂层、2 μ m的n_GaAs缓冲层、1000A的n_GaAs窗口层、3 μ m的n_GaAs基
区层、I μ m的p-GaAs发射层、2 μ m的p-GaAs窗口层和0.2 μ m的p-GaAs重掺层。
[0009]所述上电极由依次蒸镀在p-GaAs重掺层上的上电极金下层、上电极银层和上电极金上层构成；所述下电极由依次蒸镀在下电极区域上的下电极金下层、下电极锗层、下电极银层和下电极金上层构成；所述下电极区域为去掉部分P-GaAs重掺层、p-GaAs窗口层、p-GaAs发射层、n-GaAs基区层和n-GaAs窗口层露出的n-GaAs缓冲层。
[0010]所述隔离槽位于下电极区域n-GaAs缓冲层及其下面的1-GaAs非掺杂层和P-GaAs反结层与未去掉p-GaAs重掺层、p-GaAs窗口层、p-GaAs发射层、n-GaAs基区层和n_GaAs窗口层的P-N-N-P反结外延层之间，隔离槽底部为去掉p-GaAs反结层后露出的衬底。
[0011]所述复数个子电池串联成一体用的金丝焊接作为互联电极。
[0012]所述绝缘胶为P I绝缘胶。
[0013]构成微型GaAs电池的衬底周围的电池边界线围城2.2mmX2.2mm的电池面积。
[0014]所述子电池之间填充有P I绝缘胶。
[0015]本实用新型具有的优点和积极效果是:
[0016]1、本实用新型通过在GaAs衬底上面外延出厚度小于9 μ m的PN和NP形成的P-N-N-P反结外延层,使衬底和p-GaAs反结层形成了反偏电压，起到了电流截止的作用，不仅解决了单元电池间的物理隔离造成底部漏电流的问题，有效减小了电池底部的漏电流，并且由于外延层很薄降低了后期腐蚀隔离等工艺的难度，并有效提高了外延生长的质量。
[0017]2、本实用新型采用了金丝焊接作为互联电极，无需PI胶隔离工艺，不仅避免电极互联短路，并且工艺简单、有效降低了产品的制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型防漏电流超薄微型GaAs电池主视剖面展开示意图；
[0019]图2是本实用新型防漏电流超薄微型GaAs电池俯视外形示意图；
[0020]图3是本实用新型防漏电流超薄微型GaAs电池1-V电性能测试曲线图。
[0021]图中:1、p-GaAs重掺层,2、p-GaAs 窗口层,3、p-GaAs 发射层,4、n-GaAs 基区层，
5、n-GaAs窗口层，6、n-GaAs缓冲层，7、1-GaAs非掺杂层，8、p-GaAs反结层，9、衬底，10、上电极，11、上电极金下层，12、上电极银层，13、上电极金上层，14、下电极，15、下电极金下层，16、下电极锗层，17、下电极银层，18、下电极金上层，19、隔离槽，20、互联电极，21、电池边界线，22、隔离槽底部，23、下电极区域。
【具体实施方式】
[0022]为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0023]一种防漏电流超薄微型GaAs电池，一种防漏电流超薄微型GaAs电池，包括串联成一体的复数个子电池，其特点是:所述子电池包括生长在衬底9上厚度小于9 μ m的P-N-N-P反结外延层；子电池的上电极10和下电极14之间的隔离槽19中置有绝缘胶。
[0024]所述P-N-N-P反结外延层自衬底上依次为厚度0.3 μπι的p-GaAs反结层8、0.1 μπι
的 1-GaAs 非掺杂层 7、2 μ m 的 n-GaAs 缓冲层 6、] {}()()人的 n-GaAs 窗口层 5、3μηι 的 n-GaAs基区层4、1 μ m的p-GaAs发射层3、2 μ m的p-GaAs窗口层2和0.2 μ m的p-GaAs重掺层I。所述上电极由依次蒸镀在P-GaAs重掺层上的上电极金下层11、上电极银层12和上电极金上层13构成；所述下电极由依次蒸镀在下电极区域23上的下电极金下层15、下电极锗层
16、下电极银层17和下电极金上层18构成；
[0025]所述下电极区域为去掉部分p-GaAs重掺层、p-GaAs窗口层、p-GaAs发射层、n-GaAs基区层和n-GaAs窗口层露出的n-GaAs缓冲层；所述隔离槽位于下电极区域n-GaAs缓冲层及其下面的i_GaAs非惨杂层和P-GaAs反结层与未去掉P-GaAs重惨层、P-GaAs窗口层、P-GaAs发射层、n-GaAs基区层和n-GaAs窗口层的P-N-N-P反结外延层之间，隔离槽底部22为去掉p-GaAs反结层后露出的衬底；所述复数个子电池串联成一体用的金丝焊接作为互联电极20 ;所述绝缘胶为P I绝缘胶；构成微型GaAs电池的衬底周围的电池边界线21围城2.2mmX 2.2mm的电池面积；所述子电池之间填充有P I绝缘胶。
[0026]本实用新型防漏电流超薄微型GaAs电池的制备过程:
[0027]步骤1、准备衬底
[0028]选用直径100mm、厚度300 μ m、径向偏离2°的半绝缘GaAs材料作为如图1所示生长外延层的GaAs衬底；
[0029]步骤2、反结生长外延层
[0030]采用气相外延生长(MOVPE)技术，在步骤I中GaAs衬底上面自下至上依次生长厚
度为0.3 μ m的p-GaAs反结层、0.1 μ m的1-GaAs非掺杂层、2 μ m的n-GaAs缓冲层、1000A
的n-GaAs窗口层、3 μ m的n_GaAs基区层、I μ m的p-GaAs发射层、2 μ m的p-GaAs窗口层、
0.2 μ m的p-GaAs重掺层；形成P-N-N-P反结外延层；
[0031]步骤3、制作子电池
[0032]⑴光刻隔离槽图形
[0033]步骤2完成后,将GaAs衬底置于涂胶机,在p_GaAs重掺层上涂上一层胶厚在5 μ m以上的BP218正型光刻胶，1000转/分钟以下的转速甩胶，匀胶后，90°C烘胶30分钟；用光刻机以20mW/cm2曝光12秒，室温环境用I % NaOH溶液显影35秒，用热阻式烘箱110°C坚膜30分钟；以2.2mmX 2.2mm为一个电池的面积,用光刻版在直径IOOmm面积的p-GaAs重掺层上光刻出多个电池如图2所示隔离槽图形；
[0034]⑵湿法腐蚀隔离槽
[0035]在步骤3⑴光刻出的隔离槽的图形内，依次用体积比柠檬酸饱和液:H202=5:1作为柠檬酸腐蚀液腐蚀3分钟，去掉p-GaAs重掺层，去离子水冲洗掉柠檬酸腐蚀液；用浓HCL腐蚀I分钟，去掉P-GaAs窗口层，去离子水冲洗掉浓HCL腐蚀液；用柠檬酸腐蚀液腐蚀6分钟,去掉p-GaAs发射层和n-GaAs基区层，去离子水冲洗掉柠檬酸腐蚀液；用浓HCL腐蚀I分钟,去掉n-GaAs窗口层，去离子水冲洗掉浓HCL腐蚀液；用柠檬酸腐蚀液腐蚀4min，去掉n-GaAs缓冲层、1-GaAs非掺杂层和p-GaAs反结层，去离子水冲洗掉柠檬酸腐蚀液，直至露出GaAs衬底作为隔离槽底部，每个电池面积腐蚀出图2所示六条均布的隔离槽，GaAs衬底每个电池面积上隔离出的六个凸出块作为六个子电池；
[0036]步骤4、制作下电极
[0037]⑴光刻下电极区域的图形
[0038]步骤3完成后，将GaAs衬底置于涂胶机上，在步骤3制成的每六个子电池p_GaAs重掺层上涂上一层5 μ m以上厚的BP218正型光刻胶，1000转/分钟以下的转速甩胶，匀胶后，90°C烘胶30分钟；用光刻机以20mW/cm2曝光12秒，室温环境用1% NaOH溶液显影35秒，用热阻式烘箱110°C坚膜30分钟，用光刻版在ρ-GaAs重掺层上光刻出图2所示的蒸镀下电极的下电极区域的图形；
[0039]⑵湿法腐蚀出下电极区域
[0040]在步骤4⑴光刻出的下电极区域图形上，依次用体积比柠檬酸饱和液:H202=5:1作为柠檬酸腐蚀液腐蚀腐蚀3分钟，去除掉p-GaAs重掺层，去离子水冲洗掉柠檬酸腐蚀液；用浓HCL腐蚀I分钟，去除掉p-GaAs窗口层，去离子水冲洗掉浓HCL腐蚀液；用柠檬酸腐蚀液腐蚀6分钟，去除掉p-GaAs发射层和n-GaAs基区层，去离子水冲洗掉柠檬酸腐蚀液；用浓HCL腐蚀I分钟，去除掉n-GaAs窗口层至露出n-GaAs缓冲层，去离子水冲洗掉浓HCL腐蚀液，每个电池面积腐蚀出图1所示蒸镀下电极的下电极区域；
[0041]⑶蒸镀下电极金属层
[0042]为防止电池短路，在隔离槽中填充PI胶，用真空度大于5X10_4Pa的高真空镀膜机，在每一个子电池下电极区域中的n-GaAs缓冲层上面按照图2所示的下电极区域自下至
上依次蒸镀厚度为1000A的下电极金下层、3000A的下电极锗层、5 μ m的下电极银层和
3000A的下电极金上层，完成每一个子电池下电极的制作过程。
[0043]步骤5、制作上电极
[0044]在各子电池与其下电极之间的空隙处填充PI胶，用真空度大于5 X KT4Pa的高真空镀膜机，用光刻版在每一个子电池的P-GaAs重掺层上面光刻出图2所示的上电极图形，
按照上电极图形在P-GaAs重掺层上面自下至上依次蒸镀厚度为丨000人的上电极金下层、
5μπι的上电极银层和3000人的上电极金上层，完成每一个子电池上电极的制作过程；
[0045]步骤6、焊接互联电极
[0046]用直径为25 μ m的金丝对六个子电池中相邻子电池的上电极和下电极焊接,形成五个金线互联电极，使六个子电池串联成一体；
[0047]步骤7、蒸镀减反射膜
[0048]步骤6完成后，GaAs衬底放到高真空镀膜机的蒸镀盘上，将50g_60g的三氧化二钛和SOg-1lOg的一氧化硅分别装入坩埚，坩埚放在蒸镀盘上；关闭高真空镀膜机的真空室门，对高真空镀膜机进行真空度大于5X 10_4Pa的抽真空，对电池整体表面先后进行56n m厚的三氧化二钛蒸镀和90nm厚的一氧化硅蒸镀，电池整体表面形成减反射膜；
[0049]步骤8、划片
[0050]用划片机将蒸镀减反射膜后的电池圆片沿着图2所示电池边界线进行划片，制成多个2.2mmX2.2mm正方形的防漏电流超薄微型GaAs电池，完成本实用新型外形为
2.2mmX 2.2mm、外延层厚度为9 μ m的防漏电流超薄微型GaAs电池的制造过程。
[0051 ] 防漏电流超薄微型GaAs电池的电性能测试:
[0052]由于短路电流和填充因子的大小能够反应电池的漏电是否得到有效控制。采用激光波长830nm、功率为600mW、光纤直径为1.8mm的可调式激光器对本实用新型制备的防漏电流超薄微型GaAs电池进行1-V电性能测试和电池底部漏电测试，如表I和图3所示的测试数据:开路电压为6.5V，短路电流达到47.2mA、填充因子为67%，最大功率点处电压值达到5.4V。实验结果说明了本实用新型制造的电池不仅厚度薄、外延生长和整体电池制作工艺简单、成本低，而且对降低电池底部漏电的发生起到了明显的效果。
[0053]表I电池底部漏电测试数据表
[0054]
【权利要求】
1.一种防漏电流超薄微型GaAs电池，包括串联成一体的复数个子电池，其特征在于:所述子电池包括生长在衬底上厚度小于9 μ m的P-N-N-P反结外延层；子电池的上电极和下电极之间的隔离槽中置有绝缘胶。
2.根据权利要求1所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:所述P-N-N-P反结外延层自衬底上依次为厚度0.3 μ m的p-GaAs反结层、0.1 μ m的i_GaAs非掺杂层、2 μ m的n-GaAs缓冲层、| ()()0人的n_GaAs窗口层、3 μ m的n_GaAs基区层、I μ m的ρ-GaAs发射层、2 μ m的p-GaAs窗口层和0.2 μ m的p-GaAs重掺层。
3.根据权利要求2所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:所述上电极由依次蒸镀在P-GaAs重掺层上的上电极金下层、上电极银层和上电极金上层构成；所述下电极由依次蒸镀在下电极区域上的下电极金下层、下电极锗层、下电极银层和下电极金上层构成；所述下电极区域为去掉部分P-GaAs重掺层、p-GaAs窗口层、p-GaAs发射层、n_GaAs基区层和n_GaAs窗口层露出的n_GaAs缓冲层。
4.根据权利要求3所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:所述隔离槽位于下电极区域n-GaAs缓冲层及其下面的i_GaAs非掺杂层和p-GaAs反结层与未去掉p-GaAs重掺层、p-GaAs窗口层、p-GaAs发射层、n_GaAs基区层和n-GaAs窗口层的P_N_N_P反结外延层之间，隔离槽底部为去掉p-GaAs反结层后露出的衬底。
5.根据权利要求1所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:所述复数个子电池串联成一体用的金丝焊接作为互联电极。
6.根据权利要求1所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:所述绝缘胶为PI绝缘胶。
7.根据权利要求1所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:构成微型GaAs电池的衬底周围的电池边界线围城2.2mmX2.2mm的电池面积。
8.根据权利要求1所述的防漏电流超薄微型GaAs电池，其特征在于:所述子电池之间填充有P I绝缘胶。
【文档编号】H01L31/0352GK203398114SQ201320437419
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】梁存宝, 杜永超, 肖志斌 申请人:天津恒电空间电源有限公司, 中国电子科技集团公司第十八研究所