專利名稱：GaAs激光電池的電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GaAs激光電池結(jié)構(gòu)，特別是一種減小串聯(lián)電阻的GaAs激光電池新電極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
激光GaAs電池是利用半導(dǎo)體p_n結(jié)在激光照射下，產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的發(fā)電的電池，其原理與太陽(yáng)能電池相似，只是利用光源不同而已。太陽(yáng)能電池利用的光源是太陽(yáng)光或可見光，而光電池是利用激光器LD輻射發(fā)出的紅外線。具有不依賴太陽(yáng)光的特點(diǎn)，所以不受晝夜，季節(jié)或天氣的影響而提供穩(wěn)定的電能。它不僅具有高效率，還具有靜音，攜帶輕便， 無機(jī)械結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，不宜發(fā)生故障，單位體積或單位重量的發(fā)電功率比高的優(yōu)點(diǎn)。在特定的應(yīng)用中，要求電池的DC電壓3V_6V。單結(jié)GaAs電池的開路電壓最大到 1.05V，要達(dá)3V-6V必須進(jìn)行單元電池的串聯(lián)。必須先制作單元電池，進(jìn)行電隔離然后將幾個(gè)單元電池串聯(lián)，并且激光電池砷化鎵材料選用半絕緣襯底。串聯(lián)電阻是影響電池性能最主要的因素之一，幾個(gè)單元電池串聯(lián)時(shí)，串聯(lián)電阻對(duì)電池性能的影響更為嚴(yán)重。串聯(lián)電阻由以下部分組成P型金屬柵電極體電阻；P型金屬與半導(dǎo)體接觸電阻；外延層的薄層電阻；η型金屬電極體電阻；η型金屬與半導(dǎo)體接觸電阻。其中外延層的薄層電阻是串聯(lián)電阻的主要組成部分。金屬電極體電阻和金屬與半導(dǎo)體接觸電阻通過工藝優(yōu)化可以有效的降低，外延層的薄層電阻影響的降低主要采取二項(xiàng)措施一項(xiàng)是優(yōu)化MOCVD的生長(zhǎng)工藝和外延層的層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，另一項(xiàng)是優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)采取了兩條ρ型主電極和連接在兩條P型主電極之間的P型柵電極，在P型主電極的外側(cè)僅設(shè)置了一條η型電極。圖2 為現(xiàn)有的GaAs激光電池縱向電極結(jié)構(gòu)示意圖。由于電阻與長(zhǎng)度成正比與截面積成反比，也即電流通過的距離長(zhǎng)電阻就大。現(xiàn)有 GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)為單η型電極結(jié)構(gòu)，位置在ρ型金屬主電極的外側(cè)，光生載流子傳輸距離長(zhǎng)，造成薄層電阻大，從而也加大了串聯(lián)電阻，降低了電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述GaAs激光電池光生載流子傳輸距離長(zhǎng)、電阻大的不足，提高電池性能，本發(fā)明旨在提出一種降低外延層薄層電阻影響的GaAs激光電池電極的新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決上述問題采用的技術(shù)方案是GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)，包括η型電極和ρ型電極，ρ型電極為雙ρ型電極，雙ρ 型電極由兩個(gè)P型主電極通過其間縱向設(shè)置的P型柵電極連接構(gòu)成；所述η型電極包括三條電極，三條η型電極與ρ型主電極中第Ip型主電極平行設(shè)置，三條η型電極與ρ型柵電極垂直設(shè)置；所述三條η型電極中第In型電極置于第Ip型主電極的外側(cè)，三條η型電極中第2η型電極和第3η型電極分別置于雙ρ型主電極中的第Ip型主電極和第2ρ型主電極內(nèi)側(cè)間距的1/4處。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于所述電池電極結(jié)構(gòu)是矩形、三角形或扇形。所述矩形結(jié)構(gòu)的電池電極中第Ip型主電極與第2p型主電極相互平行設(shè)置。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明設(shè)計(jì)雙ρ型主電極間距為L(zhǎng)，在雙ρ型主電極的第Ip型主電極側(cè)設(shè)置第In 型電極，在距離第Ip型主電極內(nèi)側(cè)1/4L處設(shè)置第2η型電極，在距離第2ρ型主電極內(nèi)側(cè) 1/4L處設(shè)置第3η型電極；因而，光生載流子由ρ型主電極向η型電極的傳輸距離由L和大于1/4L減小為1/4L，外延層薄層電阻相應(yīng)減小了約65%。從而，對(duì)整體串聯(lián)電阻的降低起到了一定的作用。本發(fā)明的特點(diǎn)在于①由于采取了上述技術(shù)方案，光生載流子傳輸距離變短、電阻減小，因而無論激光器驅(qū)動(dòng)功率在測(cè)試范圍內(nèi)怎樣變化，電池開路電壓都有所提高，為0. 02V-0. IV。②由于采取了上述技術(shù)方案，光生載流子傳輸距離變短、電阻減小，因而電池的輸出功率在小功率驅(qū)動(dòng)條件下，有1. 5%的提高；在中功率驅(qū)動(dòng)條件下，有3. 5%的提高；在大功率驅(qū)動(dòng)條件下，有18%的提高。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1為現(xiàn)有GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有GaAs激光電池縱向電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、第In型電極；2、第Ip型主電極；3、第2η型電極；4、ρ型柵電極；5、第3η 型電極；6、第2ρ型主電極。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，該GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)，包括η型電極和ρ型電極，P型電極為雙 P型電極，雙P型電極由兩個(gè)P型主電極(相互平行設(shè)置的第Ip型主電極2和第2ρ型主電極6)通過其間縱向設(shè)置的ρ型柵電極4連接構(gòu)成；其中，η型電極包括三條電極，三條η型電極(第In型電極1、第2η型電極3第3η型電極幻與ρ型主電極中第Ip型主電極2平行設(shè)置，三條η型電極與ρ型柵電極4垂直設(shè)置；三條η型電極中第In型電極1置于第Ip 型主電極2的外側(cè)，三條η型電極中第2η型電極3和第3η型電極5分別置于雙ρ型主電極中的第Ip型主電極2和第2ρ型主電極6內(nèi)側(cè)間距的1/4處。本發(fā)明設(shè)計(jì)的圖形可以是正方形、三角形或扇形結(jié)構(gòu)。無論什么形狀的電極圖形都要滿足下述條件，見圖3所示①第2η型電極3在雙ρ型主電極的第Ip型主電極1間距的1/4位置，第3η型電極5在雙ρ型主電極的第2ρ型主電極6間距的1/4位置，位置要精確。②第2η型電極3和第3η型電極5與第Ip型主電極2要保持平行。下面結(jié)合制備工藝對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。該減小串聯(lián)電阻的新電極結(jié)構(gòu)芯片制作方法，其主要工藝步驟為①用GaAs材料專用清洗液清洗外延片，并用GaAs材料專用腐蝕液去除片子表
面極薄氧化層；用丙酮清洗光刻版，高純水清洗后用氮?dú)獯蹈?。②ρ型電極形成用正性光刻膠刻出ρ電極圖形。采用電子束蒸發(fā)進(jìn)行多層ρ型電極蒸發(fā)去膠后，進(jìn)行P型電極合金工藝。③減反射膜形成用選擇性腐蝕液在電池外延片結(jié)構(gòu)上開出窗口。采用PECVD工藝制作SiO2減反射膜。④η型電極形成濕法刻蝕η型電極區(qū)，窗口側(cè)壁具有一定傾斜角度，傾斜的側(cè)面更易在其上制備致密的接觸良好的金屬膜。η型多層電極電子束蒸發(fā)去膠后，進(jìn)行η型電極合金工藝。⑤隔離槽形成干法刻蝕槽深至半絕緣襯底上。⑥ρ型電極η型電極加厚Au至Ij 3 μ m。⑦片子減薄到200 μ m。⑧劃片劃片后形成單組激光電池芯片。
實(shí)例及測(cè)試結(jié)果根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，采取電極結(jié)構(gòu)為矩形結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，并對(duì)該正方形組電極結(jié)構(gòu)組成的電池進(jìn)行特性測(cè)試。數(shù)據(jù)表明，在所有的條件全同的情況下，有第2η型電極和第3η型電極的情況，可以得出兩條結(jié)論①無論激光器驅(qū)動(dòng)功率在測(cè)試范圍內(nèi)怎樣變化，電池開路電壓都有所提高，為 0.02V-0. IV。②電池的輸出功率在小功率驅(qū)動(dòng)條件下，有1. 5%的提高；在中功率驅(qū)動(dòng)條件下， 有3. 5%的提高；在大功率驅(qū)動(dòng)條件下，有18%的提高。從實(shí)例及測(cè)試結(jié)果可以進(jìn)一步推斷，采取電極結(jié)構(gòu)是三角形或扇形結(jié)構(gòu)同樣能夠提高電池的性能。本發(fā)明GaAs激光電池的η型電極結(jié)構(gòu)可以大幅度地降低電池的串聯(lián)電阻，從而有效地提高電池的短路電流，因此大大地提高電池的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)它又具有性能穩(wěn)定、成本低廉等特點(diǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)，包括η型電極和ρ型電極，ρ型電極為雙ρ型電極，雙ρ型電極由兩個(gè)P型主電極通過其間縱向設(shè)置的P型柵電極連接構(gòu)成；其特征在于，所述η型電極包括三條電極，三條η型電極與ρ型主電極中第Ip型主電極平行設(shè)置，三條η型電極與 P型柵電極垂直設(shè)置；所述三條η型電極中第In型電極置于第Ip型主電極的外側(cè)，三條η 型電極中第2η型電極和第3η型電極分別置于雙ρ型主電極中的第Ip型主電極和第2ρ型主電極內(nèi)側(cè)間距的1/4處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電池電極結(jié)構(gòu)是矩形、三角形或扇形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述矩形結(jié)構(gòu)的電池電極中第Ip型主電極與第2ρ型主電極相互平行設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaAs激光電池電極結(jié)構(gòu)，包括n型電極和p型電極，p型電極為雙p型電極，雙p型電極由兩個(gè)p型主電極通過其間縱向設(shè)置的p型柵電極連接構(gòu)成；所述n型電極包括三條電極，三條n型電極與p型主電極中第1p型主電極平行設(shè)置，三條n型電極與p型柵電極垂直設(shè)置；所述三條n型電極中第1n型電極置于第1p型主電極的外側(cè)，三條n型電極中第2n型電極和第3n型電極分別置于雙p型主電極中的第1p型主電極和第2p型主電極內(nèi)側(cè)間距的1/4處。本發(fā)明在雙p型主電極的內(nèi)側(cè)1/4處處各設(shè)置一條n型電極；因而，光生載流子由p型主電極向n型電極的傳輸距離減小，外延層薄層電阻也相應(yīng)減小。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102544130SQ20121002648
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者宋婷 申請(qǐng)人:西安航谷微波光電科技有限公司