CN102544130B - GaAs激光电池的电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GaAs激光电池电极结构，包括n型电极和p型电极，p型电极为双p型电极，双p型电极由两个p型主电极通过其间纵向设置的p型栅电极连接构成；所述n型电极包括三条电极，三条n型电极与p型主电极中第1p型主电极平行设置，三条n型电极与p型栅电极垂直设置；所述三条n型电极中第1n型电极置于第1p型主电极的外侧，三条n型电极中第2n型电极和第3n型电极分别置于双p型主电极中的第1p型主电极和第2p型主电极内侧间距的1/4处。本发明在双p型主电极的内侧1/4处处各设置一条n型电极；因而，光生载流子由p型主电极向n型电极的传输距离减小，外延层薄层电阻也相应减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaAs激光电池结构，特别是一种减小串联电阻的GaAs激光电池新电极结构。
背景技术
激光GaAs电池是利用半导体p-n结在激光照射下，产生光生伏特效应的发电的电池，其原理与太阳能电池相似，只是利用光源不同而已。太阳能电池利用的光源是太阳光或可见光，而光电池是利用激光器LD辐射发出的红外线。具有不依赖太阳光的特点，所以不受昼夜，季节或天气的影响而提供稳定的电能。它不仅具有高效率，还具有静音，携带轻便，无机械结构，构造简单，不宜发生故障，单位体积或单位重量的发电功率比高的优点。
在特定的应用中，要求电池的DC电压：3V-6V。单结GaAs电池的开路电压最大到1.05V，要达3V-6V必须进行单元电池的串联。必须先制作单元电池，进行电隔离然后将几个单元电池串联，并且激光电池砷化镓材料选用半绝缘衬底。
串联电阻是影响电池性能最主要的因素之一，几个单元电池串联时，串联电阻对电池性能的影响更为严重。串联电阻由以下部分组成：p型金属栅电极体电阻；p型金属与半导体接触电阻；外延层的薄层电阻；n型金属电极体电阻；n型金属与半导体接触电阻。其中外延层的薄层电阻是串联电阻的主要组成部分。金属电极体电阻和金属与半导体接触电阻通过工艺优化可以有效的降低，外延层的薄层电阻影响的降低主要采取二项措施：一项是优化MOCVD的生长工艺和外延层的层结构设计，另一项是优化电极结构设计。
现有的GaAs激光电池电极结构如图1所示，该结构采取了两条p型主电极和连接在两条p型主电极之间的p型栅电极，在p型主电极的外侧仅设置了一条n型电极。图2为现有的GaAs激光电池纵向电极结构示意图。
由于电阻与长度成正比与截面积成反比，也即电流通过的距离长电阻就大。现有GaAs激光电池电极结构为单n型电极结构，位置在p型金属主电极的外侧，光生载流子传输距离长，造成薄层电阻大，从而也加大了串联电阻，降低了电池的性能。
发明内容
为解决上述GaAs激光电池光生载流子传输距离长、电阻大的不足，提高电池性能，本发明旨在提出一种降低外延层薄层电阻影响的GaAs激光电池电极的新结构。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：
GaAs激光电池电极结构，包括n型电极和p型电极，p型电极为双p型电极，双p型电极由两个p型主电极通过其间纵向设置的p型栅电极连接构成；所述n型电极包括三条电极，三条n型电极与p型主电极中第1p型主电极平行设置，三条n型电极与p型栅电极垂直设置；所述三条n型电极中第1n型电极置于第1p型主电极的外侧，三条n型电极中第2n型电极和第3n型电极分别置于双p型主电极中的第1p型主电极和第2p型主电极内侧间距的1/4处。
本发明进一步的特征在于：
所述电池电极结构是矩形、三角形或扇形。
所述矩形结构的电池电极中第1p型主电极与第2p型主电极相互平行设置。
本发明的有益效果是：
本发明设计双p型主电极间距为L，在双p型主电极的第1p型主电极侧设置第1n型电极，在距离第1p型主电极内侧1/4L处设置第2n型电极，在距离第2p型主电极内侧1/4L处设置第3n型电极；因而，光生载流子由p型主电极向n型电极的传输距离由L和大于1/4L减小为1/4L，外延层薄层电阻相应减小了約65％。从而，对整体串联电阻的降低起到了一定的作用。
本发明的特点在于：
①由于采取了上述技术方案，光生载流子传输距离变短、电阻减小，因而无论激光器驱动功率在测试范围内怎样变化，电池开路电压都有所提高，为0.02V-0.1V。
②由于采取了上述技术方案，光生载流子传输距离变短、电阻减小，因而电池的输出功率在小功率驱动条件下，有1.5％的提高；在中功率驱动条件下，有3.5％的提高；在大功率驱动条件下，有18％的提高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1为现有GaAs激光电池电极结构示意图。
图2为现有GaAs激光电池纵向电极结构示意图。
图3为本发明GaAs激光电池电极结构示意图。
图中：1、第1n型电极；2、第1p型主电极；3、第2n型电极；4、p型栅电极；5、第3n型电极；6、第2p型主电极。
具体实施方式
如图3所示，该GaAs激光电池电极结构，包括n型电极和p型电极，p型电极为双p型电极，双p型电极由两个p型主电极(相互平行设置的第1p型主电极2和第2p型主电极6)通过其间纵向设置的p型栅电极4连接构成；其中，n型电极包括三条电极，三条n型电极(第1n型电极1、第2n型电极3第3n型电极5)与p型主电极中第1p型主电极2平行设置，三条n型电极与p型栅电极4垂直设置；三条n型电极中第1n型电极1置于第1p型主电极2的外侧，三条n型电极中第2n型电极3和第3n型电极5分别置于双p型主电极中的第1p型主电极2和第2p型主电极6内侧间距的1/4处。
本发明设计的图形可以是正方形、三角形或扇形结构。无论什么形状的电极图形都要满足下述条件，见图3所示：①第2n型电极3在双p型主电极的第1p型主电极1间距的1/4位置，第3n型电极5在双p型主电极的第2p型主电极6间距的1/4位置，位置要精确。②第2n型电极3和第3n型电极5与第1p型主电极2要保持平行。
下面结合制备工艺对本发明做进一步说明。
该减小串联电阻的新电极结构芯片制作方法，其主要工艺步骤为：
①用GaAs材料专用清洗液清洗外延片，并用GaAs材料专用腐蚀液去除片子表
面极薄氧化层；用丙酮清洗光刻版，高纯水清洗后用氮气吹干。
②p型电极形成
用正性光刻胶刻出p电极图形。
采用电子束蒸发进行多层p型电极蒸发去胶后，进行p型电极合金工艺。
③减反射膜形成
用选择性腐蚀液在电池外延片结构上开出窗口。
采用PECVD工艺制作SiO2减反射膜。
④n型电极形成
湿法刻蚀n型电极区，窗口侧壁具有一定倾斜角度，倾斜的侧面更易在其上制备致密的接触良好的金属膜。
n型多层电极电子束蒸发去胶后，进行n型电极合金工艺。
⑤隔离槽形成
干法刻蚀槽深至半绝缘衬底上。
⑥p型电极n型电极加厚Au到3μm。
⑦片子减薄到200μm。
⑧划片
划片后形成单组激光电池芯片。
实例及测试结果
根据以上的设计思路，采取电极结构为矩形结构的实施例，并对该正方形组电极结构组成的电池进行特性测试。数据表明，在所有的条件全同的情况下，有第2n型电极和第3n型电极的情况，可以得出两条结论：
①无论激光器驱动功率在测试范围内怎样变化，电池开路电压都有所提高，为0.02V-0.1V。
②电池的输出功率在小功率驱动条件下，有1.5％的提高；在中功率驱动条件下，有3.5％的提高；在大功率驱动条件下，有18％的提高。
从实例及测试结果可以进一步推断，采取电极结构是三角形或扇形结构同样能够提高电池的性能。
本发明GaAs激光电池的n型电极结构可以大幅度地降低电池的串联电阻，从而有效地提高电池的短路电流，因此大大地提高电池的转换效率，同时它又具有性能稳定、成本低廉等特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.GaAs激光电池电极结构，包括ｎ型电极和ｐ型电极，ｐ型电极为双ｐ型电极，双ｐ型电极由两个ｐ型主电极通过其间纵向设置的ｐ型栅电极连接构成；其特征在于，所述ｎ型电极包括三条电极，三条ｎ型电极与ｐ型主电极中第1p型主电极平行设置，三条ｎ型电极与ｐ型栅电极垂直设置；所述三条ｎ型电极中第1ｎ型电极置于第1p型主电极的外侧，三条ｎ型电极中第2ｎ型电极和第3ｎ型电极分别置于双ｐ型主电极中的第1ｐ型主电极和第2ｐ型主电极内侧间距的1/4处；
所述电池电极结构是矩形。
2.根据权利要求1所述的GaAs激光电池电极结构，其特征在于，所述矩形结构的电池电极中第1ｐ型主电极与第2ｐ型主电极相互平行设置。
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