一種高效的襯底剝離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高效的襯底剝離方法，包括以下步驟：步驟一，外延結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成；步驟二，采用化學(xué)腐蝕液蝕刻和剝離犧牲層。本發(fā)明可以提高外延結(jié)構(gòu)與襯底的剝離速率，且解決剝離時(shí)外延結(jié)構(gòu)容易破損的問題。
【專利說明】一種高效的襯底剝離方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種高效的襯底剝離方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光電【技術(shù)領(lǐng)域】的發(fā)展日新月異，其中，三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能電池的吸收范圍覆蓋太陽(yáng)光大部分波段，是當(dāng)前所有太陽(yáng)能電池中轉(zhuǎn)換效率最高。發(fā)光二極管(LED)由于其低功耗、尺寸小和可靠性高而作為主要的光源得到迅猛的發(fā)展。
[0003]襯底剝離技術(shù)為太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管向薄膜化發(fā)展提供了必要技術(shù)支持。襯底的重復(fù)性利用也降低了薄膜太陽(yáng)能電池、薄膜LED的制作成本，且減少制作過程對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。因此，采用有效的襯底剝離技術(shù)成為薄膜器件發(fā)展的重要技術(shù)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，通常在襯底與外延結(jié)構(gòu)之間設(shè)置犧牲層，犧牲層采用AlAs單層膜，由于外延結(jié)構(gòu)與犧牲層接觸面積小且無法有效釋放外延結(jié)構(gòu)與犧牲層的連接力，容易導(dǎo)致接觸面積內(nèi)的外延結(jié)構(gòu)被拉扯力撕破，為解決所述問題，本案由此產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高效的襯底剝離方法，以提高外延結(jié)構(gòu)與襯底的剝離速率，同時(shí)有效解決剝離時(shí)外延結(jié)構(gòu)容易破損的問題。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種高效的襯底剝離方法，包括以下步驟:
步驟一，外延結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成；
步驟二，采用化學(xué)腐蝕液蝕刻和剝離犧牲層。
[0007]進(jìn)一步，所述化學(xué)腐蝕液的配方為:氫氟酸3-5mol/L ;檸檬酸0.5-2mol /L ;過氧化氫 200-500g/L ;水 500-800g/L。
[0008]一種襯底可剝離的外延結(jié)構(gòu)，電池外延結(jié)構(gòu)或外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
[0009]進(jìn)一步，交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)，其交替生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)為3_8對(duì)。采用3對(duì)以上能有效緩沖和釋放剝離過程外延結(jié)構(gòu)與襯底產(chǎn)生的拉扯力，且隨著犧牲層對(duì)數(shù)的增加有效緩沖和釋放的能力變得更強(qiáng)。當(dāng)對(duì)數(shù)超過8對(duì)后腐蝕蝕刻的速率下降明顯。因此采用3-8對(duì)交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs結(jié)構(gòu)為最優(yōu)選擇。
[0010]進(jìn)一步，AlInP層的單層厚度范圍20-60nm。AlInP層的主要作用是起到緩沖和釋放剝離過程外延結(jié)構(gòu)與襯底產(chǎn)生的拉扯力，但由于AlInP層蝕刻速率較AlAs層慢，采用厚度不宜厚。
[0011]進(jìn)一步，AlAs層的單層厚度范圍40-150nm。在蝕刻AlInP層、AlAs層的速率不同，AlAs層的厚度采用40nm以上，蝕刻過程會(huì)逐漸產(chǎn)生AlInP層與之相鄰的上、下層AlAs層都被蝕刻，形成半懸空的AlInP層，在多組交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs犧牲層會(huì)產(chǎn)生不同區(qū)域的AlAs層被相鄰的兩層AlInP層彎曲所合閉，但另一層AlAs層相鄰的兩層AlInP層反而是彎曲張開，從而使得一側(cè)的AlAs層更多地接觸腐蝕溶液，進(jìn)而增加AlAs層的腐蝕速率。導(dǎo)致各層AlAs層及各區(qū)域的AlAs層的蝕刻速率不同，促進(jìn)了整體蝕刻速率的提高。但AlAs層的厚度達(dá)到150nm以上時(shí)，該效應(yīng)反而減弱，蝕刻速率降低明顯。
[0012]進(jìn)一步，交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的第一層為AlInP層，且與襯底相鄰。
[0013]進(jìn)一步，交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的最后一層為AlInP層，且與外延結(jié)構(gòu)相鄰。
[0014]進(jìn)一步，最后一層的AlInP層的厚度較其它AlInP層厚。采用此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，防止腐蝕進(jìn)行到最后階段時(shí)，只剩下很小區(qū)域的外延結(jié)構(gòu)與襯底的接觸面積時(shí)，最后一層AlInP能有效阻擋撕破外延結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步，所述的化學(xué)腐蝕液的溫度控制在10_90°C，優(yōu)選蝕刻溫度45°C。采用溫度越高本腐蝕配方的腐蝕速率越快，但溫度太高了會(huì)導(dǎo)致其它外延結(jié)構(gòu)也會(huì)被側(cè)蝕。優(yōu)選蝕刻溫度45 °C，腐蝕配方溶液對(duì)AlAs層的蝕刻速率與AlInP層的蝕刻速率之比最大，最有利于剝離時(shí)保持外延結(jié)構(gòu)的完整性。
[0016]進(jìn)一步，所述的化學(xué)腐蝕液具有流動(dòng)的功能，環(huán)繞著外延襯底的流速范圍控制在0.2-3 m/s。腐蝕溶液具有流動(dòng)的功能有效減小腐蝕溶液蝕刻AlAs層、AlInP層時(shí)所形成的毛細(xì)現(xiàn)象。
[0017]一種具有襯底可剝離的太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)，電池外延結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成；電池外延結(jié)構(gòu)由下自上依次設(shè)置歐姆接觸層、頂電池窗口層、頂電池發(fā)射區(qū)、頂電池基區(qū)、頂電池BSF層、中頂電池隧穿結(jié)、中電池窗口層、中電池發(fā)射區(qū)、中電池基區(qū)、中電池BSF層、中底電池隧穿結(jié)、組分漸變層、底電池窗口層、底電池發(fā)射區(qū)、底電池基區(qū)及底電池BSF層，歐姆接觸層與犧牲層相鄰。
[0018]—種具有襯底可剝離的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成；外延發(fā)光結(jié)構(gòu)由下自上依次設(shè)置第一型導(dǎo)電層、有源層及第二型導(dǎo)電層，第一型導(dǎo)電層與犧牲層相鄰。
[0019]采用上述方案后，本發(fā)明通過在襯底與外延結(jié)構(gòu)之間設(shè)置用于腐蝕剝離的犧牲層，犧牲層采用交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)，提高了外延結(jié)構(gòu)與襯底的剝離速率。由于AlInP層與AlAs層存在蝕刻速率不同，使得腐蝕過程中AlAs層與AlInP層形成深、淺交替的彈簧狀蝕刻形貌，有效釋放外延結(jié)構(gòu)與襯底分離所產(chǎn)生的拉扯力。
[0020]解決現(xiàn)有技術(shù)犧牲層采用AlAs單層膜蝕刻到后期，由于外延結(jié)構(gòu)與犧牲層接觸面積小，且無法有效釋放拉扯力，從而容易導(dǎo)致接觸面積內(nèi)的外延結(jié)構(gòu)被撕破的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為應(yīng)用襯底可剝離的外延結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為應(yīng)用襯底可剝離的外延結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]標(biāo)號(hào)說明
襯底I緩沖層2
犧牲層3歐姆接觸層4
頂電池窗口層5頂電池發(fā)射區(qū)6 頂電池基區(qū)7頂電池BSF層8
中頂電池隧穿結(jié)9中電池窗口層10
中電池發(fā)射區(qū)11中電池基區(qū)12
中電池BSF層13中底電池隧穿結(jié)14
組分漸變層15底電池窗口層16
底電池發(fā)射區(qū)17底電池基區(qū)18 底電池BSF層19
襯底21緩沖層22
犧牲層23第一型導(dǎo)電層24
有源層25第二型導(dǎo)電層26。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明揭示的一種具有襯底可剝離的太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)，在襯底I表面由下自上依次外延緩沖層2、犧牲層3、歐姆接觸層4、頂電池窗口層5、頂電池發(fā)射區(qū)6、頂電池基區(qū)7、頂電池BSF層8、中頂電池隧穿結(jié)9、中電池窗口層10、中電池發(fā)射區(qū)11、中電池基區(qū)12、中電池BSF層13、中底電池隧穿結(jié)14、組分漸變層15、底電池窗口層16、底電池發(fā)射區(qū)17、底電池基區(qū)18及底電池BSF層19。
[0025]其中襯底I采用4英寸的GaAs襯底，厚度為400 μ m。緩沖層2的材料為GaAs三五族化合物，厚度為500nm。
[0026]犧牲層3由7組AlInP層和AlAs層父替構(gòu)成，且弟一層和取后一層都為AlInP層。AlInP層厚度為40nm, AlAs層厚度為lOOnm。
[0027]歐姆接觸層4材料為GaAs三五族化合物，厚度為200nm。
[0028]頂電池窗口層5材料為AlGaInP三五族化合物，頂電池窗口層5厚度為30nm。
[0029]電池發(fā)射區(qū)6和頂電池基區(qū)7材料采用GaInP三五族化合物，頂電池發(fā)射區(qū)6厚度為650nm,頂電池基區(qū)7厚度為6 μ m。
[0030]頂電池BSF層8材料為AlGaInP,頂電池BSF層8厚度為lOOnm。中頂隧穿結(jié)9材料為GalnP/AlGaAs，中頂隧穿結(jié)9厚度為50nm。
[0031]中電池窗口層10材料為AlGaAs三五族化合物，中電池窗口層10厚度為lOOnm。
[0032]中電池發(fā)射區(qū)11和中電池基區(qū)12材料采用GaInAs三五族化合物，中電池發(fā)射區(qū)11的厚度為lOOnm，中電池基區(qū)12厚度為6 μ m。
[0033]中電池BSF層13材料為AlGaAs，中電池BSF層13的厚度為30nm。中底隧穿結(jié)14材料為GaAs，中底隧穿結(jié)14的厚度為50nm。
[0034]組分漸變層15由In組分漸變的GaInAs材料構(gòu)成，組分漸變層15的厚度為600nm。
[0035]底電池窗口層16材料為AlGaInAs三五族化合物，底電池窗口層16的厚度為30nmo
[0036]底電池發(fā)射區(qū)17和底電池基區(qū)18材料采用GaInAs三五族化合物，底電池發(fā)射區(qū)17的厚度為650nm，底電池基區(qū)18的厚度為3 μ m。
[0037]使用下述腐蝕溶液進(jìn)行外延結(jié)構(gòu)和襯底I的剝離:氫氟酸4.5mol/L ;檸檬酸Imol/L ;過氧化氫500g/L ;氧化氫(水)500g/L。腐蝕液的溫度控制在45°C。腐蝕液環(huán)繞外延襯底的流速范圍控制在1.2m/s。使用所述腐蝕液腐蝕速度較快，當(dāng)然也可以使用其它的腐蝕液。
[0038]如圖2所示，本發(fā)明揭示的一種具有襯底可剝離的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，在襯底21表面由下自上依次外延緩沖層22、犧牲層23、第一型導(dǎo)電層24、有源層25及第二型導(dǎo)電層26，其中，犧牲層23由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
[0039]其中，襯底21采用2英寸的具有η型導(dǎo)電性的GaAs襯底，厚度為350 μ m。緩沖層22的材料為GaAs三五族化合物，厚度為500nm。
[0040]犧牲層23由5組AlInP層和AlAs層交替構(gòu)成，且第一層和最后一層都為AlInP層。AlInP層厚度為30nm, AlAs層厚度為70nm。
[0041]第一型導(dǎo)電層24的材料為(Ala4Gaa5)a5Ina5P三五族化合物,米用厚度為6 μ m。有源層25采用量子阱與量子壘交替生長(zhǎng)的量子結(jié)構(gòu)。量子阱的材料為(AlaiGaa9)a5Ina5P三五族化合物，厚度為10nm。量子壘的材料為(Ala5Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，厚度為18nm。量子阱和量子壘交叉的對(duì)數(shù)為30對(duì)。第二型導(dǎo)電層26的材料為(Ala4Gaa5)a5Ina5P、GaP三五族化合物，厚度為5 μ m。
[0042]采用下述腐蝕溶液進(jìn)行外延結(jié)構(gòu)和襯底的剝離。氫氟酸2mol/L ;檸檬酸0.5mol /L;過氧化氫300g/L;氧化氫(水)700g/L。腐蝕液的溫度控制在30°C。腐蝕液環(huán)繞外延襯底的流速范圍控制在2 m/s。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一，外延結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長(zhǎng)的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成； 步驟二，采用化學(xué)腐蝕液蝕刻和剝離犧牲層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:所述的化學(xué)腐蝕液配方為:氫氟酸 3-5mol/L ;檸檬酸 0.5-2mol /L ;過氧化氫 200_500g/L ;水 500_800g/L。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:交替生長(zhǎng)的AllnP/AlAs多層結(jié)構(gòu)，其交替生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)為3-8對(duì)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:Α1ΙηΡ層的單層厚度范圍 20_60nm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:AlAs層的單層厚度范圍 40-150nm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:交替生長(zhǎng)的AllnP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的第一層為AllnP層，且與襯底相鄰。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:交替生長(zhǎng)的AllnP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的最后一層為AllnP層，且與外延結(jié)構(gòu)相鄰，最后一層的AllnP層的厚度較其它AllnP層厚。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:所述的化學(xué)腐蝕液在腐蝕時(shí)的溫度控制范圍為10-90°C。
9.如權(quán)利要求8所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:化學(xué)腐蝕液的蝕刻溫度為45°C。
10.如權(quán)利要求1所述的一種高效的襯底剝離方法，其特征在于:所述的化學(xué)腐蝕液環(huán)繞著襯底的流速控制在0.2-3 m/s。
【文檔編號(hào)】H01L33/02GK104347359SQ201410477236
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】林志偉, 張永, 陳凱軒, 姜偉, 蔡建九, 吳洪清, 李俊承, 方天足, 卓祥景, 張銀橋, 黃尊祥, 王向武 申請(qǐng)人:廈門乾照光電股份有限公司