本公開一般地涉及用于將不同的材料連接在一起的器件和方法，并具體地涉及利用(Al)(Ga)InP(As)(Sb)結(jié)合中間層將兩個(gè)半導(dǎo)體晶片連接在一起的方法。

背景技術(shù)：
晶片連接技術(shù)可用于將具有各種性質(zhì)的不同材料并成一個(gè)緊湊的工藝相容的材料系統(tǒng)。該技術(shù)具有很大的改革目前的高技術(shù)工業(yè)的潛力。例如，將GaAs或InP基材料連接至其他半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光學(xué)、光電和電子器件的集成，并且提高計(jì)算機(jī)、太陽能電池、發(fā)光二極管和其他電子器件的性能。ΙΠ-V族半導(dǎo)體器件諸如多結(jié)太陽能電池中的限制之一為將具有期望的帶隙組合的III-V族層并入與生長襯底晶格匹配的器件。這嚴(yán)重限制了可并入器件的帶隙的選擇，并且因此阻止了制造具有最優(yōu)性能的器件。因此期望開發(fā)一種方法，其允許使生長在不同襯底上的器件集成，以便可以減少與生長襯底晶格匹配的限制。已經(jīng)使用了現(xiàn)有方案，諸如生長晶格不匹配的(變形的)層、機(jī)械堆積和間接晶片結(jié)合。在變形方法中，具有晶格常數(shù)的受控梯度的緩沖層在襯底和期望的變形層之間生長。在間接晶片結(jié)合方法中，器件在具有不同晶格常數(shù)的不同襯底上生長，并且介電或金屬層沉積在器件的頂面上。隨后經(jīng)晶片結(jié)合機(jī)械地或電地使所述器件集成。最終可去除襯底之一或兩者。在變形方法中，引入具有晶格常數(shù)的受控調(diào)整的緩沖層可引入高密度缺陷，并且可導(dǎo)致降低器件性能的非最佳質(zhì)量器件層的生長。在間接晶片結(jié)合方法中，在結(jié)合(被稱為間接結(jié)合)前，經(jīng)過在單獨(dú)晶片上沉積粘結(jié)層，例如SiO2、Si3N4、其他電介質(zhì)、金屬氧化物、金屬等完成結(jié)合。盡管不需要高溫退火，但SiO2、Si3N4和金屬氧化物等“結(jié)合層”是絕緣的，其不允許結(jié)合的器件的單片電集成。另一方面，利用金屬層作為結(jié)合中間層的間接結(jié)合使結(jié)合的界面在光學(xué)上不透明，防止結(jié)合的界面的相對側(cè)上的器件的光集成。在直接結(jié)合的現(xiàn)有技術(shù)中，直接結(jié)合的界面需要在高溫(通常超過500℃)下退火相當(dāng)一段時(shí)間(通常幾小時(shí))，以獲得具有低電阻的機(jī)械上堅(jiān)固的界面。這樣持續(xù)延長的時(shí)段的高溫退火將經(jīng)常導(dǎo)致很多器件的降低的性能。在GaAs和InP材料之間的現(xiàn)有半導(dǎo)體-半導(dǎo)體直接結(jié)合方案受低結(jié)合強(qiáng)度的影響，除非在高溫(＞500℃)退火持續(xù)延長的時(shí)段?，F(xiàn)有間接結(jié)合方案不允許跨過(across)間接結(jié)合的界面的電學(xué)傳導(dǎo)和光學(xué)透明集成兩者。需要直接結(jié)合半導(dǎo)體晶片的改進(jìn)的方法，其改進(jìn)了結(jié)合界面處的機(jī)械完整性、光透明度和電阻，以實(shí)現(xiàn)功率輸出、效率、性能和成本效率的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本公開提供了在GaAs和InP器件或襯底上外延生長的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)結(jié)合層，以改進(jìn)用于太陽能電池和其他應(yīng)用的具有InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料的GaAs基材料的直接半導(dǎo)體結(jié)合。在350℃的相對低的結(jié)合溫度下實(shí)現(xiàn)了具有高的機(jī)械強(qiáng)度(大于4J/m2)的高度均勻的晶片水平直接半導(dǎo)體結(jié)合。另外，跨過半導(dǎo)體結(jié)合的界面實(shí)現(xiàn)了非常低的電阻(大約0.3Ohm-cm2)和高光透射率(大于97%)。根據(jù)提供的本公開的一方面，公開了組件，其包括第一晶片、在第一晶片上的第一結(jié)合層、第二晶片和在第二晶片上的第二結(jié)合層。第一和第二結(jié)合層被直接結(jié)合以形成結(jié)合的界面。第一和第二結(jié)合層分別與第一和第二晶片晶格匹配。有利地，第一和第二結(jié)合層為(Al)(Ga)InP(As)(Sb)。有利地，第一和第二結(jié)合層具有等于或大于大約5×1018/cm3的摻雜濃度?？蛇x地，摻雜濃度等于或低于大約5×1018/cm3。有利地，第一和第二結(jié)合層被類似地?fù)诫s?？蛇x地，第一和第二結(jié)合層被不同地?fù)诫s。有利地，結(jié)合層為隧道結(jié)。有利地，第一和第二晶片包括選自Si、Ge、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基和Ga(In)N基材料的一個(gè)或多個(gè)層。有利地，第一和/或第二晶片的任一個(gè)或兩者包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層?？蛇x地，第一和/或第二晶片的任一個(gè)或兩者包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件為InP基器件。有利地，InP基器件為太陽能電池。有利地，包括結(jié)合的組件的器件為光電器件、太陽能電池、光敏元件、發(fā)光二極管或晶體管。根據(jù)提供的本公開的另一方面，公開了制造結(jié)合的組件的方法，其包括提供第一晶片、在第一晶片上形成第一結(jié)合層以形成第一子組件、提供第二晶片、在第二晶片上形成第二結(jié)合層以形成第二子組件和結(jié)合第一結(jié)合層至第二結(jié)合層。第一和第二結(jié)合層分別與第一和第二晶片晶格匹配。有利地，第一和第二結(jié)合層在大約300℃至大約500℃之間的溫度下結(jié)合。優(yōu)選地，第一和第二結(jié)合層在大約400℃的溫度下結(jié)合。有利地，第一和第二結(jié)合層在大約20psi和大約50psi之間的壓力下結(jié)合。有利地，第一和第二結(jié)合層為具有等于或大于大約5×1018/cm3的摻雜濃度的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)層。可選地，第一和第二結(jié)合層具有等于或低于大約5×1018/cm3的摻雜濃度。有利地，第一和第二結(jié)合層被類似地?fù)诫s?？蛇x地，第一和第二結(jié)合層被不同地?fù)诫s。有利地，第一和第二晶片包括選自Si、Ge、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基和Ga(In)N基材料的一個(gè)或多個(gè)層。有利地，第一和/或第二晶片的任一個(gè)或兩者包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層?？蛇x地，第一和/或第二晶片的任一個(gè)或兩者包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件為InP基器件。有利地，結(jié)合的組件為太陽能電池。由以下優(yōu)選實(shí)施方式的更詳細(xì)的描述本公開的其他特征和優(yōu)勢將是顯而易見的，該詳細(xì)描述結(jié)合以實(shí)例方式說明本公開原理的附圖。然而，本公開的范圍不限于該優(yōu)選實(shí)施方式。附圖說明圖1圖解了根據(jù)本公開的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式。圖1A圖解了根據(jù)本公開的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。圖2圖解了組裝了的圖1的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)。圖2A圖解了組裝了的圖1A的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)。圖3為根據(jù)本公開的連接晶片的方法步驟的流程圖。圖4A圖解了根據(jù)本公開的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。圖4B圖解了根據(jù)本公開的圖4A的組裝的結(jié)構(gòu)。圖5A圖解了根據(jù)本公開的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。圖5B圖解了根據(jù)本公開的圖5A的組裝的結(jié)構(gòu)。圖6為根據(jù)本公開的連接晶片的方法步驟的流程圖。圖7A圖解了根據(jù)本公開的組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。圖7B圖解了根據(jù)本公開的組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。圖7C圖解了根據(jù)本公開的組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。圖7D圖解了根據(jù)本公開的組裝的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式。只要有可能，在所有附圖中將使用相同的參考數(shù)字以代表相同的部件。發(fā)明詳述本公開在結(jié)合界面處引入了外延生長的結(jié)合層，其可根據(jù)需要進(jìn)行摻雜，以控制跨過直接結(jié)合的界面的電阻，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度的改進(jìn)。外延生長的結(jié)合層為高度摻雜的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)層。圖1圖解了根據(jù)本公開實(shí)施方式的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)100的實(shí)施方式。如在圖1中可見，預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)100包括第一子組件102和第二子組件104。第一子組件102包括第一晶片110和直接鄰近第一晶片110的第一表面110a并且在其上的第一結(jié)合層120。第一晶片110為選自III-V族材料的半導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片110選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片110包括一個(gè)或多個(gè)材料層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片110包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料層、結(jié)構(gòu)或器件。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片110可為光電器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片110可為具有一個(gè)或多個(gè)子電池(subcell)的太陽能電池。第一晶片110包括表面110a。表面110a必須為選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料的材料層的表面。第一結(jié)合層120在第一晶片110上并且具體地在表面110a上外延生長。第一結(jié)合層為(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層為具有摻雜濃度等于或大于大約51018/cm3的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料。高摻雜濃度對于良好的機(jī)械結(jié)合不是必要的，但對于實(shí)現(xiàn)跨過結(jié)合的界面的低電阻是必不可少的。如果低電阻對于具體的器件不是必需的，則結(jié)合層中高摻雜濃度也不是必需的。如本文所用，和如本領(lǐng)域常規(guī)的，在(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料中使用圓括號指示并入鋁、鎵、砷和銻的是任選的。第一結(jié)合層120與第一晶片110晶格匹配。第一結(jié)合層120具有結(jié)合表面120a。如本文所用，術(shù)語“晶格匹配的”表示相比較的層的晶格常數(shù)差別小于1%，和術(shù)語“晶格不匹配的”表示相比較的層的晶格常數(shù)差別大于1%。第二子組件104包括第二晶片130和直接鄰近第二晶片130的表面130a并且在其上的第二結(jié)合層140。第二晶片130選自III-V族材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片130選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片130包括一個(gè)或多個(gè)材料層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片130包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料層或結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片130可為光電器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片130可為具有一個(gè)或多個(gè)子電池的太陽能電池。第二晶片130包括表面130a。表面130a必須為選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料的材料層的表面。第二結(jié)合層140在第二晶片130上和具體地在表面130a上外延生長。具體地，第二結(jié)合層140在第二晶片130的半導(dǎo)體材料層上生長。第二結(jié)合層140為具有摻雜濃度等于或大于大約5×1018/cm3的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)。如以上所討論的，高摻雜濃度對良好的機(jī)械結(jié)合不是必須的，但對實(shí)現(xiàn)跨過結(jié)合的界面的低電阻是必不可少的。如果低電阻對具體的器件不是必需的，則結(jié)合層中的高摻雜濃度也不是必需的。第二結(jié)合層140與第二晶片130晶格匹配。第二結(jié)合層140具有結(jié)合表面140a。圖1A圖解了根據(jù)本公開實(shí)施方式的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)100a的另一個(gè)實(shí)施方式。如在圖1A中可見，預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)100a包括第一子組件202和第二子組件204。第一子組件202包括第一晶片203和直接鄰近第一晶片203的第一表面210a并且在其上的第一結(jié)合層220。第一晶片203包括第一層210和第一基底層212。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片203包括兩個(gè)或多個(gè)材料層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片203包括兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料層、結(jié)構(gòu)或器件。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片203可為光電器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片203可為多結(jié)太陽能電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片203可為具有一個(gè)或多個(gè)子電池的太陽能電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一晶片203可為多結(jié)太陽能電池。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一基底層212可為襯底。第一晶片203包括表面210a。表面210a必須為選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料的材料層的表面。第一結(jié)合層220在第一晶片203上和具體地在表面210a上外延生長。第一結(jié)合層為(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層為具有摻雜濃度等于或大于大約51018/cm3的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料。第一結(jié)合層220與第一晶片203晶格匹配。第二子組件204包括第二晶片206和直接鄰近第二晶片206的表面230a并且在其上的第二結(jié)合層240。第二晶片206包括第一層260和第二基底層270。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片206包括兩個(gè)或多個(gè)材料層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片206包括兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料層、結(jié)構(gòu)或器件。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片206可為光電器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片206可為多結(jié)太陽能電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二晶片206可為具有一個(gè)或多個(gè)子電池的太陽能電池。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二基底層270可為襯底。第二晶片206包括表面230a。表面230a必須為選自硅(Si)、鍺(Ge)、GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料的材料層的表面。第二結(jié)合層240在第二晶片206上和具體地在表面230a上外延生長。第二結(jié)合層240為(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層240為具有摻雜濃度等于或大于大約5×1018/cm3的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料。第二結(jié)合層240與第二晶片206晶格匹配。圖2圖解了根據(jù)本公開實(shí)施方式的結(jié)合的組件200。如在圖2中可見，第一和第二結(jié)合層120,140已經(jīng)被結(jié)合以將第一子組件102連接至第二子組件104。在一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合的組件200可為光電器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合的組件200可為太陽能電池、光敏元件、發(fā)光二極管、晶體管或其他器件。圖2A圖解了根據(jù)本公開實(shí)施方式的結(jié)合的組件200a。如在圖2A中可見，第一和第二結(jié)合層220,240已經(jīng)被結(jié)合以將第一子組件203連接至第二子組件206。在一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合的組件200a可為光電器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合的組件200a可為太陽能電池、光敏元件、發(fā)光二極管、晶體管或其他器件?，F(xiàn)在將討論結(jié)合圖1的第一和第二子組件102,104以形成圖2的結(jié)合的組件的方法的實(shí)施方式。參考圖1和2，將不討論根據(jù)本公開的結(jié)合第一和第二子組件102,104的示例性方法。通過直接接觸放置第一和第二結(jié)合層120,140直接結(jié)合第一和第二子組件102,104以形成組裝的結(jié)構(gòu)，并且施加熱和壓力以將第一和第二子組件102,104結(jié)合在一起形成結(jié)合的組件200。接觸放置第一和第二結(jié)合表面120a,140a并且擴(kuò)散(diffuse)在一起。在一個(gè)實(shí)施方式中，在使第一和第二結(jié)合表面120a,140a接觸前拋光這些層。在一個(gè)實(shí)施方式中，拋光可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)實(shí)施，利用常規(guī)的晶片結(jié)合設(shè)備實(shí)施結(jié)合。組裝的結(jié)構(gòu)被加熱至大約300℃至大約500℃之間的結(jié)合溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合溫度在大約350℃至大約450℃之間。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合溫度為大約400℃。組裝的結(jié)構(gòu)在大約20psi和大約50psi之間的壓力下被加熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在大約30psi和大約40psi之間的壓力下被加熱。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在大約35psi的壓力下被加熱。組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約20至300分鐘。在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約60至大約180分鐘。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約120分鐘。利用(Al)(Ga)InP(As)(Sb)結(jié)合層的直接半導(dǎo)體結(jié)合已經(jīng)獲得了跨過結(jié)合的界面的大于4.1J/m2的結(jié)合強(qiáng)度、低至0.3Ohm·cm2的電阻和大于97%的光透明度。第一和第二結(jié)合層120,140擴(kuò)散在一起以形成結(jié)合的層。接觸的第一和第二結(jié)合表面120a,140a在結(jié)合過程期間擴(kuò)散在一起，以提供牢固的結(jié)合。上述一般的直接結(jié)合方法的流程圖在圖3中示出?，F(xiàn)在將討論結(jié)合圖1A的第一和第二子組件203,206以形成圖2A的結(jié)合的組件200a的方法的實(shí)施方式。通過直接接觸放置第一和第二結(jié)合層220,240直接結(jié)合第一和第二子組件203,206以形成組裝的結(jié)構(gòu)，并且施加熱和壓力以將第一和第二子組件203,206結(jié)合在一起，以形成結(jié)合的組件200A。接觸放置第一和第二結(jié)合表面220a,240a并且擴(kuò)散在一起。在一個(gè)實(shí)施方式中，在使第一和第二結(jié)合表面220a,240a接觸前拋光這些層。在一個(gè)實(shí)施方式中，拋光可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)實(shí)施，利用常規(guī)的晶片結(jié)合設(shè)備實(shí)施結(jié)合。組裝的結(jié)構(gòu)被加熱至在大約300℃至大約500℃之間的結(jié)合溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合溫度在大約350℃至大約450℃之間。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合溫度為大約400℃。組裝的結(jié)構(gòu)在大約20psi和大約50psi之間的壓力下被加熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在大約30psi和大約40psi之間的壓力下被加熱。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在大約35psi的壓力下被加熱。組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約20至300分鐘。在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約60至大約180分鐘。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約120分鐘。利用(Al)(Ga)InP(As)(Sb)結(jié)合層的直接半導(dǎo)體結(jié)合已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨過結(jié)合的界面的大于4.1J/m2的結(jié)合強(qiáng)度、低至0.3Ohm·cm2的電阻和大于97%的光透明度。第一和第二結(jié)合層220,240擴(kuò)散在一起以形成結(jié)合的層。接觸的第一和第二結(jié)合表面220a,240a在結(jié)合過程期間擴(kuò)散在一起以提供牢固的結(jié)合。在直接結(jié)合后，可去除第一和/或第二基底層212,270之一或兩者。圖4A圖解了根據(jù)本公開的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)400的實(shí)施方式。預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)400包括第一子組件402和第二子組件404。第一子組件402包括第一PV結(jié)構(gòu)410和第一結(jié)合層420。第一PV結(jié)構(gòu)410包括GaAs襯底411、第一太陽能電池412和第一隧道結(jié)413。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一PV結(jié)構(gòu)410可包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，或換言之，一個(gè)或多個(gè)子電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一PV結(jié)構(gòu)410可包括通過一個(gè)或多個(gè)隧道結(jié)連接的一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，或換言之，一個(gè)或多個(gè)子電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一太陽能電池412可由與GaAs襯底411晶格匹配的半導(dǎo)體材料形成。GaAs襯底411可被稱為生長襯底。在一個(gè)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體材料可為III-V族材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一PV結(jié)構(gòu)410可為與GaAs襯底411晶格匹配的GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料，例如AlGaAs、GaInP、GaInPAs、AlGaPAs等。第一太陽能電池412包括n-摻雜的窗口層414、n-摻雜的GaInP電池層415、p-摻雜的GaInP電池層416和p-摻雜的背場(BSF)層417。第一隧道結(jié)413包括p-摻雜的隧道結(jié)層418和n-摻雜的隧道結(jié)層419。第一結(jié)合層420為高度n-摻雜的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)層。如本文所用，和作為本領(lǐng)域常規(guī)的，在(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料中使用圓括號指示并入鋁、鎵、砷和銻是任選的。第一結(jié)合層420在第一隧道結(jié)413上外延生長。第一結(jié)合層420具有大約0.5微米和大約2微米之間的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層420具有大約0.75微米和大約1.5微米之間的厚度。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層420具有大約1微米的厚度。第一結(jié)合層420為高度摻雜的結(jié)合層。如本文所用，“高度摻雜的”表示具有等于或大于大約5×10l8/cm3的摻雜濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層420具有等于或大于大約1×1019/cm3的摻雜濃度。在該實(shí)施方式中，摻雜劑為n型摻雜劑?？蔀閚型摻雜劑的摻雜劑可為硅或碲。第一結(jié)合層420與襯底411晶格匹配。第一結(jié)合層420為透明的。如本文所用，術(shù)語透明的表示具有等于或大于97%的光或電磁輻射的透射，該電磁輻射具有激活放置于其下的電池或子電池的波長。第一結(jié)合層420可被拉平(level)和/或平滑。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層420可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行拋光。在另一個(gè)實(shí)施方式中，另一個(gè)結(jié)合層(未示出)在另一個(gè)第一PV器件上外延生長，該第一PV器件生長在襯底411的第二側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施方式中，可隨后去除相對的結(jié)合層。第二子組件404包括第二PV結(jié)構(gòu)430和第二結(jié)合層440。第二PV結(jié)構(gòu)430包括InP襯底431、第二太陽能電池432、第二隧道結(jié)433。第二太陽能電池432包括n-摻雜的窗口層434、n-摻雜的GalnAs電池層435、p-摻雜的GalnAs電池層436和p-摻雜的背場(BSF)層437。第二隧道結(jié)433包括p-摻雜的隧道結(jié)層438和n-摻雜的隧道結(jié)層439。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二PV結(jié)構(gòu)430可為包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池的PV器件，或換言之，包括一個(gè)或多個(gè)子電池的PV器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二PV結(jié)構(gòu)430可為具有匹配生長襯底431的晶格常數(shù)的GaAs基、InP基、InAs基、AlAs基、GaSb基或Ga(In)N基材料，例如GalnAs、AlInAs、GaAsSb等。第二結(jié)合層440為高度n-摻雜的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)層。第二結(jié)合層440在n-摻雜的窗口層434上外延生長。第二結(jié)合層440具有大約0.5微米和大約2微米之間的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層440具有在大約0.75微米和大約1.5微米之間的厚度。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層440具有大約1微米的厚度。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層440具有與第一結(jié)合層420相同的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層440具有與第一結(jié)合層420不同的厚度。根據(jù)本公開，如果期望通過控制結(jié)合層中的光吸收來控制光至結(jié)合的界面以下的層的透射，則匹配結(jié)合層420和440的厚度/使結(jié)合層420和440的厚度不同可具有優(yōu)勢。對于控制跨過結(jié)合的界面的電場梯度也可具有優(yōu)勢，例如如果p-n結(jié)在結(jié)合的界面處形成的話。第二結(jié)合層440與第二子組件404晶格匹配。第二結(jié)合層440是透明的。第二結(jié)合層440可被拉平和/或平滑。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層440可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行拋光。在另一個(gè)實(shí)施方式中，省略隧道結(jié)433。隧道結(jié)433是否是必需的取決于第二襯底431的極性。如果使用n型襯底431，則隧道結(jié)433將是必需的，而如果使用p型襯底431，則隧道結(jié)433將不是必需的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，相同組成的相對的第二結(jié)合層(未示出)在另一個(gè)第二PV器件上外延生長，該第二PV器件生長在襯底431的第二側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施方式中，可隨后去除相對的結(jié)合層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，省略第一隧道結(jié)413，并且當(dāng)連接至第二子組件404時(shí)，第一結(jié)合層420被p-摻雜以形成隧道結(jié)。p型摻雜劑可為碳或鋅。在該示例性實(shí)施方式中，第一和第二子組件402,404可被連接以形成2結(jié)太陽能電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可省略第二隧道層433，以便當(dāng)連接第一和第二子組件402,404時(shí)形成兩結(jié)太陽能電池?？蛇M(jìn)一步處理結(jié)合的子組件400A。在一個(gè)實(shí)施方式中，可去除GaAs第一襯底411，并且減反射(AR)涂層可被沉積在第一PV器件n-摻雜的窗口層414上。通過直接接觸放置第一和第二結(jié)合層420,440直接結(jié)合第一和第二子組件402,404，以形成組裝的結(jié)構(gòu)400A，并隨后施加熱和壓力以使第一和第二子組件402,404結(jié)合在一起。接觸的表面擴(kuò)散在一起，但不是整個(gè)層。在一個(gè)實(shí)施方式中，在使第一和第二結(jié)合層420,440接觸前對這些層進(jìn)行拋光。在一個(gè)實(shí)施方式中，拋光可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)實(shí)施，利用常規(guī)的晶片結(jié)合設(shè)備實(shí)施結(jié)合。組裝的結(jié)構(gòu)被加熱至大約300℃至大約500℃之間的結(jié)合溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合溫度在大約350℃至大約450℃之間。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，結(jié)合溫度為大約400℃。組裝的結(jié)構(gòu)在大約20psi和大約50psi之間的壓力下被加熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在大約30psi和大約40psi之間的壓力被加熱。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在大約35psi壓力下被加熱。組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約20至300分鐘。在一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約60至大約180分鐘。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，組裝的結(jié)構(gòu)在壓力下被加熱大約120分鐘。利用(Al)(Ga)InP(As)(Sb)結(jié)合層的直接半導(dǎo)體結(jié)合已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨過結(jié)合的界面的大于4.1J/m2的結(jié)合強(qiáng)度、低至0.3Ohm·cm2的電阻和大于97%的光透明度。在直接結(jié)合后，可去除襯底411,431之一或兩者。結(jié)合層420,440擴(kuò)散在一起以形成融合的、牢固的結(jié)合層450(圖4B)。一般的直接結(jié)合方法的流程圖在圖6中示出。公開的方法可用于形成具有兩個(gè)或多個(gè)電池的PV器件。在一個(gè)實(shí)施方式中，公開的方法可用于形成PV器件，在結(jié)合層的相對側(cè)上具有相同或不同數(shù)量的PV器件。公開的方法也可用于制造非PV器件，諸如LED、傳感器或其他器件。圖4B圖解了根據(jù)本公開的由圖4A的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)400形成的組裝的結(jié)構(gòu)400A。組裝的結(jié)構(gòu)400A包括第一子組件402和第二子組件404。第一和第二子組件402,404已經(jīng)在各自的第一和第二結(jié)合層420,440處被連接。在該示例性實(shí)施方式中，第一和第二結(jié)合層420都被n-摻雜，或換言之，都被類似地?fù)诫s，以形成結(jié)合層450。圖5A圖解了根據(jù)本公開的預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)500的另一個(gè)實(shí)施方式。預(yù)組裝的結(jié)構(gòu)500包括第一子組件502和第二子組件504。第一子組件502包括第一PV結(jié)構(gòu)510和第一結(jié)合層520。第一PV結(jié)構(gòu)510包括GaAs襯底511和第一太陽能電池512。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一PV結(jié)構(gòu)510可包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，或換言之，一個(gè)或多個(gè)子電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一PV結(jié)構(gòu)510可包括通過一個(gè)或多個(gè)隧道結(jié)進(jìn)行連接的一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，或換言之，一個(gè)或多個(gè)子電池。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一太陽能電池512可由與GaAs襯底511晶格匹配的半導(dǎo)體材料形成。GaAs襯底511可被稱為生長襯底。在一個(gè)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體材料可為ΤΠ-V族材料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一PV結(jié)構(gòu)510可為與GaAs襯底511晶格匹配的GaAs基、InP基、GaP基、GaSb基、Ga(In)N基材料。第一太陽能電池512包括n-摻雜的窗口層514、n-摻雜的GaInP電池層515、p-摻雜的GaInP電池層516和p-摻雜的背場(BSF)層517。第一結(jié)合層520為高度p-摻雜的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)層。如本文所用，和作為本領(lǐng)域常規(guī)的，在(Al)(Ga)InP(As)(Sb)材料中使用圓括號指示并入鋁、鎵、砷和銻是任選的。p型摻雜劑可為碳或鋅。第一結(jié)合層520在BSF層517上外延生長。第一結(jié)合層520具有大約0.5微米和大約2微米之間的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層520具有大約0.75微米和大約1.5微米之間的厚度。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層520具有大約1微米的厚度。第一結(jié)合層520與襯底511晶格匹配。第一結(jié)合層520是透明的。第一結(jié)合層520可被拉平和/或平滑。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一結(jié)合層520可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行拋光。在另一個(gè)實(shí)施方式中，另一個(gè)結(jié)合層(未示出)在另一個(gè)第一PV器件上外延生長，該第一PV器件生長在襯底511的第二側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施方式中，可隨后去除相對的結(jié)合層。第二子組件504包括第二PV結(jié)構(gòu)530和第二結(jié)合層540。第二PV結(jié)構(gòu)530包括InP襯底531、第二太陽能電池532、第二隧道結(jié)533。第二太陽能電池532包括n-摻雜的窗口層534、n-摻雜的GalnAs電池層535、p-摻雜的GalnAs電池層536和p-摻雜的背場(BSF)層537。第二隧道結(jié)533包括p-摻雜的隧道結(jié)層538和n-摻雜的隧道結(jié)層539。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二PV結(jié)構(gòu)530可為包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池的PV器件，或換言之，包括一個(gè)或多個(gè)子電池的PV器件。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二PV結(jié)構(gòu)530可為具有匹配生長襯底531的晶格常數(shù)的InP基、InAs基、AlAs基、GaSb基或Ga(In)N基結(jié)構(gòu)，例如GalnAs、AlInAs、GaAsSb等。第二結(jié)合層540是高度n-摻雜的(Al)(Ga)InP(As)(Sb)層。第二結(jié)合層540在n-摻雜的窗口層534上外延生長。第二結(jié)合層540具有大約0.5微米和大約2微米之間的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層540具有大約0.75微米和大約1.5微米之間的厚度。還在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層540具有大約1微米的厚度。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層540具有與第一結(jié)合層520相同的厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層540具有與第一結(jié)合層520不同的厚度。根據(jù)本公開，如果期望通過控制結(jié)合層中的光吸收來控制光至結(jié)合的界面以下的層的透射，則匹配厚度/使厚度不同可具有優(yōu)勢。在該實(shí)施方式中，對于控制跨過結(jié)合的界面的電場梯度也可具有優(yōu)勢，因?yàn)閜-n結(jié)在結(jié)合的界面處形成。第二結(jié)合層540與第二子組件504晶格匹配。第二結(jié)合層540是透明的。第二結(jié)合層540可被拉平和/或平滑。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二結(jié)合層540可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行拋光。在另一個(gè)實(shí)施方式中，省略隧道結(jié)533，以便當(dāng)連接第一和第二子組件502,504時(shí)形成兩結(jié)器件。隧道結(jié)533是否是必需的取決于第二襯底531的極性。如果使用n型襯底531，則隧道結(jié)533將是必需的，而如果使用p型襯底531，則隧道結(jié)533將不是必需的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，相同組成的相對的第二結(jié)合層(未示出)在另一個(gè)第二PV器件上外延生長，該第二PV器件生長在襯底531的第二側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施方式中，可隨后去除相對的結(jié)合層。通過上述直接結(jié)合方法對第一和第二子組件502,504進(jìn)行直接結(jié)合。直接結(jié)合第一和第二子組件502,504以形成圖5B所示的組裝的結(jié)構(gòu)500A。在該示例性實(shí)施方式中，第一和第二結(jié)合層520,540被不同地?fù)诫s，第一結(jié)合層520被p-摻雜和第二結(jié)合層被n-摻雜，并且被連接以形成p-n或隧道結(jié)550?？蛇M(jìn)一步處理結(jié)合的子組件500A。在一個(gè)實(shí)施方式中，GaAs第一襯底511可被去除，并且減反射(AR)涂層可沉積在第一PV器件n-摻雜的窗口層514上。圖7A-D圖解了根據(jù)本公開的實(shí)施方式的多結(jié)太陽能電池的多種實(shí)施方式。如在圖7A-D中可見，結(jié)合層可用于形成在結(jié)合層的相對側(cè)上具有相同或不同數(shù)量電池的PV器件。例如，圖7A所示的2結(jié)太陽能電池在結(jié)合層的每一側(cè)上具有一個(gè)太陽能電池。圖7B圖解了在結(jié)合層的相對側(cè)上具有不同數(shù)量電池的3結(jié)PV器件。圖7C圖解了在結(jié)合層的相對側(cè)上具有相同數(shù)量電池的4結(jié)PV器件。圖7D圖解了在相對側(cè)上具有不同數(shù)量電池的5結(jié)PV器件。公開的直接結(jié)合方法可用于形成具有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)結(jié)的半導(dǎo)體結(jié)合的多結(jié)太陽能電池器件。結(jié)合的材料允許去除生長襯底和隨后的處理步驟，諸如臺面蝕刻隔離、減反射涂層、接觸金屬沉積、光刻圖案(photo-lithographicpatterning)、相互連線的焊接(solderingofinterconnect)和鋸切割(sawdicing)，這些證明結(jié)合的界面的優(yōu)異的機(jī)械堅(jiān)固性。由公開的直接結(jié)合方法形成的太陽能電池在底部子電池中顯示了超過85%的填充因數(shù)和超過90%的外量子效率，證明了結(jié)合的界面的低電阻和高光透射率。根據(jù)本公開，本發(fā)明人已經(jīng)意想不到地發(fā)現(xiàn)結(jié)合含In和P的結(jié)合層，諸如但不限于GaInP至InP，產(chǎn)生了具有高機(jī)械強(qiáng)度(大于4J/m2)的高度均勻的晶片結(jié)合，其可在350℃的相對低的結(jié)合溫度下實(shí)現(xiàn)。此外，實(shí)現(xiàn)了跨過結(jié)合的界面的非常低的電阻(大約0.3Ohm·cm2)和高光透射率(大于97%)。盡管已經(jīng)為了說明的目的詳細(xì)描述了本公開的具體實(shí)施方式，但可進(jìn)行多種更改和提高，而不脫離本公開的精神和范圍。因此，除了所附權(quán)利要求以外，本公開不受限制。