激光供能微型GaAs電池的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光供能微型GaAs電池的制造方法，包括制備GaAs襯底，其特點(diǎn)是：在襯底上反結(jié)生長外延層后制作子電池；在每個(gè)子電池上制作下電極和上電極，用互聯(lián)電極將相鄰子電池的上電極和下電極焊接，形成串聯(lián)的電池整體，對(duì)電池整體表面蒸鍍減反射膜、劃片，即制成本發(fā)明激光供能微型GaAs電池。本發(fā)明通過在GaAs襯底上面外延出PN和NP形成的P-N-N-P反結(jié)外延結(jié)構(gòu)，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，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，并且外延層很薄，厚度僅為9μm以下，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。
【專利說明】激光供能微型GaAs電池的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種激光供能微型GaAs電池的制造 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光供能微型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激光供能微型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)，并且激光 供能微型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， 激光供能微型GaAs電池主要是作為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的驅(qū)動(dòng)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，激光供能微型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 此大幅降低了激光供能微型GaAs電池的使用效果。為了減小激光供能微型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10Um?20ym)，取得了降低電池底部漏電流的效果；但由于該方法制成的激光 供能微型GaAs電池外延層厚度大(達(dá)到18ii?28iim)，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] 本發(fā)明為解決公知技術(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激光供能微型GaAs電池的制造方法。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0006] 激光供能微型GaAs電池的制造方法，包括制備GaAs襯底，其特點(diǎn)是：在襯底上反 結(jié)生長外延層后制作子電池；在每個(gè)子電池上制作下電極和上電極，用互聯(lián)電極將相鄰子 電池的上電極和下電極焊接，形成串聯(lián)的電池整體，對(duì)電池整體表面蒸鍍減反射膜、劃片， 即制成本發(fā)明激光供能微型GaAs電池。
[0007] 本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案：
[0008] 所述襯底為厚度300i!m、徑向偏離2°的半絕緣GaAs材料。
[0009] 所述反結(jié)生長外延層的過程包括：采用氣相外延生長方法，在GaAs襯底上面自下 至上依次生長P-GaAs反結(jié)層、i-GaAs非摻雜層、n-GaAs緩沖層、n-GaAs窗口層、n-GaAs基 區(qū)層、P-GaAs發(fā)射層3、p-GaAs窗口層和p-GaAs重?fù)綄?，形成P-N-N-P反結(jié)外延結(jié)構(gòu)；所述 子電池的制作過程包括：⑴在P-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛龈綦x槽圖形；⑵在隔離槽圖形內(nèi)依次 腐蝕掉P-GaAs重?fù)綄?、去掉p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層、n-GaAs窗口 層、n-GaAs緩沖層、i-GaAs非摻雜層和p-GaAs反結(jié)層，直至露出GaAs襯底作為隔離槽底 部，被腐蝕掉的部分為隔尚槽，未被腐蝕的部分作為子電池。
[0010] 所述子電池下電極的制作過程包括：在P-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛鱿码姌O區(qū)域圖 形，在下電極區(qū)域圖形內(nèi)依次腐蝕掉P -GaAs重?fù)綄?、去掉p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、 n-GaAs基區(qū)層和n-GaAs窗口層至露出n-GaAs緩沖層作為蒸鍍下電極的下電極區(qū)域；在下 電極區(qū)域自下至上依次蒸鍍下電極金下層、下電極鍺層、下電極銀層和下電極金上層，完成 每一個(gè)子電池下電極的制作過程。
[0011] 所述子電池上電極的制作過程包括：在每一個(gè)子電池的P-GaAs重?fù)綄由厦婀饪?出上電極圖形，按照上電極圖形在P-GaAs重?fù)綄由厦孀韵轮辽弦来握翦兩想姌O金下層、上 電極銀層和上電極金上層，完成每一個(gè)子電池上電極10的制作過程。
[0012] 所述互聯(lián)電極為金絲。
[0013] 所述減反射膜由三氧化二鈦測層和一氧化硅層構(gòu)成。
[0014] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0015] 1、本發(fā)明通過在GaAs襯底上面外延出PN和NP形成的P-N-N-P反結(jié)外延結(jié)構(gòu)， 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，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，并且外延層很薄，厚度僅為 9ym以下，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。
[0016] 2、本發(fā)明采用了金絲焊接互聯(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】
[0017] 圖1是本發(fā)明制備的激光供能微型GaAs電池主視剖面展開示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明制備的激光供能微型GaAs電池俯視外形示意圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明制備的激光供能微型GaAs電池I-V電性能測試曲線圖。
[0020] 圖中：1、p-GaAs 重?fù)綄樱?、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、i-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】
[0021] 為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【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：
[0022] 激光供能微型GaAs電池的制造方法，包括制備GaAs襯底；
[0023] 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)包括：
[0024] 在襯底上反結(jié)生長外延層后制作子電池；在每個(gè)子電池上制作下電極和上電極， 用互聯(lián)電極將相鄰子電池的上電極和下電極焊接，形成串聯(lián)的電池整體，對(duì)電池整體表面 蒸鍍減反射膜、劃片，即制成本發(fā)明激光供能微型GaAs電池。
[0025] 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)還包括：
[0026] 所述襯底為厚度300iim、徑向偏離2°的半絕緣GaAs材料。
[0027] 所述反結(jié)生長外延層的過程包括：采用氣相外延生長方法，在GaAs襯底上面自下 至上依次生長P-GaAs反結(jié)層、i-GaAs非摻雜層、n-GaAs緩沖層、n-GaAs窗口層、n-GaAs基 區(qū)層、P-GaAs發(fā)射層3、p-GaAs窗口層和p-GaAs重?fù)綄樱纬蒔-N-N-P反結(jié)外延結(jié)構(gòu)；所述 子電池的制作過程包括：⑴在P-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛龈綦x槽圖形；⑵在隔離槽圖形內(nèi)依次 腐蝕掉P-GaAs重?fù)綄?、去掉p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層、n-GaAs窗口 層、n-GaAs緩沖層、i-GaAs非摻雜層和p-GaAs反結(jié)層，直至露出GaAs襯底作為隔離槽底 部，被腐蝕掉的部分為隔尚槽，未被腐蝕的部分作為子電池。
[0028] 所述子電池下電極的制作過程包括：在p-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛鱿码姌O區(qū)域圖 形，在下電極區(qū)域圖形內(nèi)依次腐蝕掉P-GaAs重?fù)綄?、去掉p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、 n-GaAs基區(qū)層和n-GaAs窗口層至露出n-GaAs緩沖層作為蒸鍍下電極的下電極區(qū)域；在下 電極區(qū)域自下至上依次蒸鍍下電極金下層、下電極鍺層、下電極銀層和下電極金上層，完成 每一個(gè)子電池下電極的制作過程。
[0029] 所述子電池上電極的制作過程包括：在每一個(gè)子電池的p-GaAs重?fù)綄由厦婀饪?出上電極圖形，按照上電極圖形在P-GaAs重?fù)綄由厦孀韵轮辽弦来握翦兩想姌O金下層、上 電極銀層和上電極金上層，完成每一個(gè)子電池上電極10的制作過程。
[0030] 所述互聯(lián)電極為金絲。
[0031] 所述減反射膜由三氧化二鈦測層和一氧化硅層構(gòu)成。
[0032] 實(shí)施例：
[0033] 步驟1、準(zhǔn)備襯底
[0034] 選用直徑100mm、厚度300iim、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9 ;
[0035] 步驟2、反結(jié)生長外延層
[0036] 采用氣相外延生長（MOVPE)技術(shù)，在步驟1中GaAs襯底上面自下至上依次生長 厚度為〇? 3iim的p-GaAs反結(jié)層8、0.Iiim的i-GaAs非摻雜層7、2iim的n-GaAs緩沖層 6、IOOOA的n_GaAs窗口層 5、3ym的n-GaAs基區(qū)層 4、Iym的p-GaAs發(fā)射層 3、2ym的p-GaAs窗口層2、0. 2iim的p-GaAs重?fù)綄? ;形成P-N-N-P反結(jié)外延結(jié)構(gòu)；
[0037] 步驟3、制作子電池
[0038] ⑴光刻隔離槽圖形
[0039] 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5iim 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1 %NaOH溶液顯影35秒，用熱阻式烘箱IKTC堅(jiān) 膜30分鐘；以2. 2mmX2. 2mm為一個(gè)電池的面積，用光刻版在直徑IOOmm面積的p-GaAs重 摻層上光刻出多個(gè)電池如圖2所示隔離槽19圖形；
[0040] ⑵濕法腐蝕隔離槽
[0041] 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1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1 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、i-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22,每個(gè)電池面積腐蝕出圖2所示六條均布的隔離槽19,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；
[0042] 步驟4、制作下電極
[0043] ⑴光刻下電極區(qū)域的圖形
[0044] 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?iim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IKTC堅(jiān)膜30分鐘，用光刻版在p-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23的圖形；
[0045] ⑵濕法腐蝕出下電極區(qū)域
[0046] 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)綄樱ルx子水沖洗掉檸檬酸腐蝕液；用 濃HCL腐蝕1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1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23 ;
[0047] ⑶蒸鍍下電極金屬層
[0048] 為防止電池短路，在隔離槽中填充PI膠，用真空度大于5X KT4Pa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?qǐng)D2所示的下電極區(qū)域自下至 上依次蒸鍍厚度為1〇〇〇人的下電極金下層15、3〇〇〇人的下電極鍺層16、511111的下電極銀 層17和3000人的下電極金上層18,完成每一個(gè)子電池下電極14的制作過程。
[0049] 步驟5、制作上電極
[0050] 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?()()()人的上電極金下層 ll、5iim的上電極銀層12和3〇〇〇人的上電極金上層13,完成每一個(gè)子電池上電極10的制 作過程；
[0051] 步驟6、焊接互聯(lián)電極
[0052] 用直徑為25iim的金絲對(duì)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20,使六個(gè)子電池串聯(lián)成一體；
[0053] 步驟7、蒸鍍減反射膜
[0054] 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-IlOg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(duì)高真空鍍膜機(jī)進(jìn)行真空度大于5 X KT4Pa的抽真空，對(duì)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；
[0055] 步驟8、劃片
[0056] 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21進(jìn)行劃片，制 成多個(gè)2. 2mmX2. 2mm正方形的激光供能微型GaAs電池，完成本發(fā)明外形為2. 2mmX2. 2mm、 外延層厚度為9Iim的激光供能微型GaAs電池的制造過程。
[0057] 激光供能微型GaAs電池的電性能測試：
[0058] 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I. 8mm的可調(diào)式激光器對(duì)本發(fā)明制備的激光供能 微型GaAs電池進(jìn)行I-V電性能測試和電池底部漏電測試，如表1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)果說明了本發(fā)明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(duì)降低電池底部漏電的發(fā)生起到了明顯的效果。
[0059] 表1電池底部漏電測試數(shù)據(jù)表
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 激光供能微型GaAs電池的制造方法，包括制備GaAs襯底，其特征在于：在襯底上反 結(jié)生長外延層后制作子電池；在每個(gè)子電池上制作下電極和上電極，用互聯(lián)電極將相鄰子 電池的上電極和下電極焊接，形成串聯(lián)的電池整體，對(duì)電池整體表面蒸鍍減反射膜、劃片， 即制成本發(fā)明激光供能微型GaAs電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光供能微型GaAs電池的制造方法，其特征在于：所述襯底 為厚度300 y m、徑向偏離2°的半絕緣GaAs材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光供能微型GaAs電池的制造方法，其特征在于：所述 反結(jié)生長外延層的過程包括：采用氣相外延生長方法，在GaAs襯底上面自下至上依次生長 p-GaAs反結(jié)層、i-GaAs非摻雜層、n-GaAs緩沖層、n-GaAs窗口層、n-GaAs基區(qū)層、p-GaAs 發(fā)射層3、p-GaAs窗口層和p-GaAs重?fù)綄?，形成P-N-N-P反結(jié)外延結(jié)構(gòu)；所述子電池的制作 過程包括：⑴在P-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛龈綦x槽圖形；⑵在隔離槽圖形內(nèi)依次腐蝕掉p-GaAs 重?fù)綄?、去掉p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層、n-GaAs窗口層、n-GaAs緩沖 層、i_GaAs非慘雜層和p_GaAs反結(jié)層，直至露出GaAs襯底作為隔尚槽底部，被腐蝕掉的部 分為隔離槽，未被腐蝕的部分作為子電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光供能微型GaAs電池的制造方法，其特征在于：所述子電 池下電極的制作過程包括：在P-GaAs重?fù)綄由瞎饪坛鱿码姌O區(qū)域圖形，在下電極區(qū)域圖形 內(nèi)依次腐蝕掉p-GaAs重?fù)綄?、去掉p-GaAs窗口層、p-GaAs發(fā)射層、n-GaAs基區(qū)層和n-GaAs 窗口層至露出n-GaAs緩沖層作為蒸鍍下電極的下電極區(qū)域；在下電極區(qū)域自下至上依次 蒸鍍下電極金下層、下電極鍺層、下電極銀層和下電極金上層，完成每一個(gè)子電池下電極的 制作過程。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光供能微型GaAs電池的制造方法，其特征在于：所述子電 池上電極的制作過程包括：在每一個(gè)子電池的P-GaAs重?fù)綄由厦婀饪坛錾想姌O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兩想姌O金下層、上電極銀層和上電極 金上層，完成每一個(gè)子電池上電極10的制作過程。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光供能微型GaAs電池的制造方法，其特征在于：所述互聯(lián) 電極為金絲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光供能微型GaAs電池的制造方法，其特征在于：所述減反 射膜由三氧化二鈦測層和一氧化娃層構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104332525SQ201310308181
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)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(qǐng)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