[发明专利]具有量子阱结构的双结叠层GaAs电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理电源技术领域，具体说，是一种具有量子阱结构的双结叠层GaAs电池及其制备方法。

背景技术

作为无线传输的激光具有高能量密度、方向性好、抗干扰能力强、相对传输能量损失低等优点，现今激光供能光电转换技术越来越成为理想的解决方案,在航空航天、国防、电力、无线电通讯、工业界得到越来越广泛的应用；特别在空间无线能量传输领域有很大的应用前景，适合在空间无线传输中，作为能量接收器使用或信号接收器使用。

在国防领域,激光供能系统可以提供完全隔离的传感器和控制电路、武器和保险启动电路的电源和光纤信号通道,由于光纤不受电磁干扰的影响,增加了控制电路启动电路的可靠性和保密性；激光供能系统解决了有源传感设备的电池需定期更换的问题,减少了维护成本；光纤重量轻,利于武器的轻便化升级改造。串联微型激光GaAs电池已经在核武器领域作为引信使用。

激光光电转换的工作原理是基于半导体PN结构的光生伏特效应,又称光伏效应。光伏效应是指当微电池受到光照射时,在电池内部产生光生电动势的现象。

常用激光(功率密度5-50W/cm²，0.79～0.85μm的波长)在单一波长范围内均有着较强的分布,要想在这样强的能量入射范围内尽可能多地吸收激光能量,并将其转化为电能而不是晶格振动等其他热能,仅仅采用单结电池是难以充分实现的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种实现多结激光电池的具有量子阱结构的双结叠层GaAs电池及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有量子阱结构的双结叠层GaAs电池的制备方法，采用金属有机化学气相沉积法MOCVD，在GaAs/Ge衬底上面依次生长AlAs/GaAs的Bragg反射器、InGaAs量子阱、第一结InGaAs子电池、隧穿结、第二结InGaAs子电池、盖帽层，具体包括以下步骤：

(1)在GaAs/Ge衬底上，外延生长InGaAs缓冲层；

(2)外延生长AlAs/GaAs的Bragg反射器；

(3)外延生长InGaAs量子阱；

(4)外延生长第一结InGaAs子电池：依次生长GaInP背场、In_xGa_1-xAs基区、In_xGa_1-xAs发射区、GaInP窗口层；

(5)外延生长隧穿结：依次生长In_xGa_1-xAs层和p型In_xGa_1-xAs层；

(6)外延生长第二结InGaAs子电池：依次生长GaInP背场、In_xGa_1-xAs基区、In_xGa_1-xAs发射区、GaInP窗口层；

(7)外延生长盖帽层；

(8)制作电池上下电极；

(9)制备电池减反射膜。

步骤(1)中所述GaAs/Ge衬底为采用n型掺杂的GaAs/Ge衬底，其厚度为200-600μm，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3；并外延生长InGaAs缓冲层，其厚度为500-1000nm；步骤(2)中所述外延生长AlAs/GaAs的Bragg反射器，其中AlAs/GaAs交替生长10-20层，AlAs层厚度50-70nm，GaAs层厚度60-80nm。

步骤(3)中所述外延生长InGaAs量子阱中：掺杂浓度为1.0～1.5×10¹⁸cm^-3的n型AlGaAs垒层，厚度为1000～1500nm；无掺的AlGaAs限制层，厚度为0.1～0.2μm；高应变In_xGa_1-xAs量子阱，0.2≤x≤0.5，厚度5～15nm；无掺的AlGaAs限制层，厚度为100～150nm。