專利名稱：用于形成多結(jié)光生伏打結(jié)構(gòu)的剝離方法和光生伏打器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及光生伏打器件制造，并且尤其是，涉及用于控制通過利用剝離(spalling)從基板去除表面層的方法。
背景技術(shù)：
光生伏打器件是將入射光子的能量轉(zhuǎn)換成電動勢(e. f. m.)的器件。典型的光生伏打器件包括被配置為將來自太陽的電磁輻射中的能量轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池。包含化合物半導(dǎo)體的多結(jié)太陽能電池由于其高的效率和輻射穩(wěn)定性因而可被用于空間中的發(fā)電。由于鍺(Ge)的固有強(qiáng)(IR)的吸收性能，因此，主要在鍺(Ge)基板上制造多結(jié)太陽能電池。鍺(Ge)還包含可與III-V化合物半導(dǎo)體晶格匹配的晶體結(jié)構(gòu)，這允許在鍺(Ge)基板上集成III-V子電池。鍺(Ge)基板會構(gòu)成最終的太陽能電池的最終成本的近50% 70%。
在光生伏打工業(yè)中存在在使能量轉(zhuǎn)換效率最大化的同時不斷使用于制造太陽能電池的半導(dǎo)體材料的量最小化的趨勢。與半導(dǎo)體材料的制造相關(guān)的高成本使給定光生伏打技術(shù)的以每瓦為度量的成本劣化。并且，可以認(rèn)為，在器件水平上，無助于能量轉(zhuǎn)換的昂貴的半導(dǎo)體材料是一種浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本公開提供了一種切割(cleave)諸如鍺基板的半導(dǎo)體材料以提供光生伏電池的至少一個部件的方法。在一個實施例中，所述切割半導(dǎo)體材料的方法包括設(shè)置鍺基板，其中，鍺和錫合金層存在于鍺基板內(nèi)?？稍诖嬖谟阪N基板上的表面上沉積應(yīng)力體層。來自應(yīng)力體層的應(yīng)力可被施加到鍺基板，其中，應(yīng)力切割鍺基板以提供切割表面。鍺和錫合金層存在于鍺基板的上面形成有應(yīng)力體層的表面與鍺基板的切割表面之間。然后，可對于鍺基板的鍺和錫合金層選擇性地進(jìn)行鍺基板的切割表面的蝕刻。在一些實施例中，上述的方法使用鍺和錫合金層作為去除切割表面的蝕刻終止(etch stop)，并且去除源自切割表面的鍺基板中的厚度變化。在另一實施例中，提供一種包括設(shè)置鍺基板的切割半導(dǎo)體材料的方法，其中，鍺和錫合金層存在于鍺基板內(nèi)。鍺錫合金層可被弱化?？稍诖嬖谟阪N基板上的表面上沉積應(yīng)力體層。來自應(yīng)力體層的應(yīng)力被施加到鍺基板，其中，應(yīng)力沿鍺和錫合金層切割鍺基板。在一些實施例中，上述的方法使用鍺和錫合金層作為切割層以表示可以剝離鍺基板的深度。在另一方面，提供一種光生伏打器件，該光生伏打器件包括具有第一導(dǎo)電性和I微米 ο微米的厚度的鍺層，其中，鍺層在第一鍺層的整個寬度上具有小于1000Λ的厚度變化。半導(dǎo)體上存在于鍺層上，其中，半導(dǎo)體層具有與第一導(dǎo)電性相反的第二導(dǎo)電性。


結(jié)合附圖將最好地理解以下的詳細(xì)描述，其作為例子被給出而不是要將公開僅限于此，其中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的要素和部分，其中
圖I是示出根據(jù)本公開的在形成光生伏打器件的方法的一個實施例中使用的包含存在于其中的鍺和錫合金層的鍺基板的側(cè)面斷面圖。圖2A是示出根據(jù)本公開的一個實施例的直接向鍺基板的表面沉積應(yīng)力體層的側(cè)面斷面圖。圖2B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的在沉積應(yīng)力體層之前在鍺基板上沉積鈍化層(passivation layer)、后表面場層、隧道層和/或III-V太陽能電池中的至少一個的側(cè)面斷面圖。圖3A和圖3B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力的側(cè)面斷面圖，其中，應(yīng)力切割鍺基板以提供切割表面。圖4A和圖4B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的對于鍺和錫合金層10選擇性地進(jìn)行鍺基板的切割表面的蝕刻的側(cè)面斷面圖。
圖5A和圖5B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的去除鍺和錫合金層的側(cè)面斷面圖。圖6A和圖6B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的在從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力之前弱化鍺和錫合金層的側(cè)面斷面圖，其中，在本實施例中，鍺和錫合金層提供斷裂面。圖7A和圖7B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的從應(yīng)力體層向在圖6A和圖6B中示出的鍺基板施加應(yīng)力的側(cè)面斷面圖，其中，應(yīng)力沿鍺和錫合金層切割鍺基板。圖8A和圖8B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的從圖7A和圖7B所示的結(jié)構(gòu)去除鍺和錫合金層的剩余部分的側(cè)面斷面圖。圖9A和圖9B是示出根據(jù)本公開的一個實施例的在源自圖I 8B中示出的方法序列的鍺基板的剩余部分上形成光生伏打器件的側(cè)面斷面圖。
具體實施例方式這里公開了要求權(quán)利的結(jié)構(gòu)和方法的詳細(xì)實施例；但是，應(yīng)當(dāng)理解，公開的實施例僅是為了解釋可以以各種形式體現(xiàn)的要求權(quán)利的結(jié)構(gòu)和方法。另外，結(jié)合各種實施例給出的例子中的每一個意圖是解釋性的，而不是限制性的。此外，附圖未必按比例，一些特征可被夸大以表示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，這里公開的特定的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不被解釋為限制，而僅被解釋為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以使其以各種方式使用本公開的方法和結(jié)構(gòu)的代表性基礎(chǔ)。說明書中提到“一個實施例”、“實施例”、“示例性實施例”等表示所描述的實施例可包含特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性，但每個實施例可能未必包含該特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，這些短語未必指的是同一實施例。并且，當(dāng)結(jié)合某一實施例描述特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性時，都認(rèn)為它在本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合其它實施例實現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性的知識內(nèi)，而不管是否被明確描述。出于以下的描述的目的，由于術(shù)語“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“頂部”、
“底部”和它們的派生詞是附圖中的取向，因此它們應(yīng)與本發(fā)明有關(guān)。術(shù)語“在…上”、“重疊”、“在…頂上”、“位于…上”或“位于…頂上”意味著諸如第一結(jié)構(gòu)的第一要素存在于諸如第二結(jié)構(gòu)的第二要素上，其中，可在第一要素和第二要素之間存在諸如界面結(jié)構(gòu)的居間要素，例如，界面層。術(shù)語“直接在…上”、“直接接觸”意味著諸如第一結(jié)構(gòu)的第一要素和諸如第二結(jié)構(gòu)的第二要素在兩個要素的界面上沒有任何中間的導(dǎo)電、絕緣或半導(dǎo)體層的情況下被連接。本公開涉及在光生伏打器件的制造中使用剝離方法，其中，為了進(jìn)一步控制裂紋起始、裂紋擴(kuò)展以及增加諸如鍺(Ge)基板的半導(dǎo)體層中的剝離深度的選擇性，所公開的剝離方法在鍺基板內(nèi)弓I入錫和鍺的合金層。如這里使用的那樣，“光生伏打器件”是當(dāng)暴露于諸如光的輻射時產(chǎn)生自由電子和/或電子空洞(即，空穴)并導(dǎo)致電流的產(chǎn)生的器件，諸如太陽能電池。光生伏打器件一般包含共享界面以提供異質(zhì)結(jié)的P型導(dǎo)電性和η型導(dǎo)電性的各層。用于光生伏打器件應(yīng)用的更有效的材料中的一種是諸如砷化鎵(GaAs)的III-V化合物半導(dǎo)體材料。通過層疊化合物半導(dǎo)體薄層以提供不同成分(和帶隙)的PN結(jié)，可使得可由光生伏打器件捕獲太陽能光譜的更寬部分，這導(dǎo)致更高的效率?？墒褂面N作為上面生長諸如III-V化合物半導(dǎo)體的化合物半導(dǎo)體層的基板。鍺一般用作光生伏打器件的最底結(jié)，并且，由于其小的帶隙，因此捕獲太陽能光譜的更長波長部分。
鍺單晶基板制造起來是能量密集的，并且是昂貴的。一旦在鍺基板上形成了光生伏打電池的一部分，鍺基板的被處理以提供光生伏打電池的部分就可被轉(zhuǎn)印到便宜的基板上，其中，可隨后在另一光生伏打電池的形成中使用鍺基板的沒有被處理的部分。剝離是一種用于切割鍺基板的方法。剝離包含沉積可通過斷裂來切割鍺基板的沉積于鍺基板的表面上的應(yīng)力引起層。但是，已經(jīng)確定，通過剝離在多結(jié)光生伏打器件的形成中從鍺基板轉(zhuǎn)印鍺層不利地導(dǎo)致轉(zhuǎn)印的鍺層的厚度變化。例如，包含鍺的基板的轉(zhuǎn)印部分的厚度變化可以為幾微米的量級。由于為了得到最佳效率由每個電池產(chǎn)生的電流應(yīng)相同，因此鍺基板的轉(zhuǎn)印部分的厚度變化不利地影響提供光生伏打器件的整個多結(jié)疊層(multi-junction stack)的電流匹配。電流將隨著殘留鍺層厚度改變，電池的總效率將類似地改變。本公開提供包括具有可控制并且均勻的厚度的鍺層(即，鍺基板的轉(zhuǎn)印部分)的多結(jié)光生伏打器件結(jié)構(gòu)的制造方法。更特別地，并且，在一個實施例中，這里公開的方法使用鍺和錫合金層，即二元GsSn合金層或硅、鍺和錫合金層即三元SiGeSn合金層，以限定殘留鍺層(鍺基板的轉(zhuǎn)印部分)的最終厚度。圖I 5B示出本公開的一個實施例，其中使用鍺和錫合金層和/或硅鍺和錫的層作為蝕刻終止以限定剝離之后的殘留鍺厚度。圖I示出包含鍺和錫合金層10的鍺基板I。在一個實施例中，鍺基板I可包含從底部到頂部包含第一鍺層5、存在于第一鍺層5上的鍺和錫合金層10和存在于鍺和錫合金層10上的第二鍺層15的材料疊層。在一個實施例中，第一鍺層5可具有大于95原子％ (即,at. %)的鍺含量。在另一實施例中，第一鍺層5可具有大于99at. %的鍺含量。在一個不例中，第一鍺層5可具有為IOOat. %的鍺含量?？赏ㄟ^使用單晶(單晶體)方法形成第一鍺層5。用于形成提供鍺基板的第一鍺層5的單晶方法的一個例子是Czochralski (CZ)方法。Czochralski (CZ)方法包括取得單晶鍺的晶種并使其與熔融的鍺的頂面接觸。隨著晶種緩慢地上升(或被提拉)，熔融的鍺的原子以晶種的模式凝固并且擴(kuò)展單晶結(jié)構(gòu)。單晶結(jié)構(gòu)然后被鋸成可提供第一鍺層5的晶片，即基板。第一鍺層5可被摻雜成η型或ρ型導(dǎo)電性，并且可以為本征半導(dǎo)體層?！氨菊靼雽?dǎo)體層”是基本上純的半導(dǎo)體材料層，即沒有摻雜η型或ρ型摻雜劑的本征半導(dǎo)體層。如這里使用的那樣，“P型”指的是向本征半導(dǎo)體添加產(chǎn)生價電子空缺(即空穴)的雜質(zhì)。如這里使用的那樣，“η型”指的是向本征半導(dǎo)體添加有助于自由電子的雜質(zhì)。第一鍺層5的厚度可以為50 μ m 10cm。在另一實施例中，第一鍺層5的厚度可以為80 μ m 1_。注意，第一鍺層5的以上厚度僅出于解釋的目的被提供，并且，不是要限制本公開，例如，只要第一鍺層5的厚度使得第一鍺層5的至少殘留部分在剝離之后殘留使得在第一鍺層5的切割表面與隨后形成的第二鍺層15之間存在隨后形成的鍺和錫合金層10，就可使用第一鍺層5的其它厚度。提供蝕刻終止層并且可包含光生伏打器件的底部電池的一部分的鍺和錫合金層10可以是直接沉積于第一鍺層5的表面上的外延形成層。術(shù)語“外延形成”、“外延生長”和/或“外延沉積”意味著在半導(dǎo)體材料的沉積表面上生長半導(dǎo)體材料，其中，生長的半導(dǎo)體材料具有與沉積表面的半導(dǎo)體材料相同的結(jié)晶特性。因此，在第一鍺層5具有單晶晶體結(jié)構(gòu)的實施例中，外延生長的鍺和錫合金層10也具有單晶晶體結(jié)構(gòu)。并且，在第一鍺層5具有多晶結(jié)構(gòu)的實施例中，外延生長的鍺和錫合金層10也具有多晶結(jié)構(gòu)?！?br> 鍺和錫合金層10可由O. 5at.% 20at.%的錫和余量的鍺組成。在另一實施例中，鍺和錫合金層10可由5at. % 20at. %的錫和80at. % 95at. %的鍺組成。在另一實施例中，鍺和錫合金層10可由IOat. % 15at. %的錫和85at. % 90at. %的鍺組成。注意，以上的濃度僅出于解釋性的目的被提供，并且不是要限制本公開。例如，只要錫的濃度足夠大使得可對于鍺和錫合金層10選擇性地進(jìn)行第一鍺層5的蝕刻，就可使用錫的其它濃度。在另一實施例中，鍺和錫合金層10還可包含硅，其中，硅被引入以抵消由錫引入的應(yīng)力。更具體地，錫增加外延生長的鍺和錫合金層10的晶格尺寸，使得它比第一鍺層5的晶格尺寸大。因此，隨著鍺和錫合金層10中的錫濃度的增加，存在于鍺和錫合金層10中的壓縮應(yīng)力增加。在鍺和錫合金層10中引入應(yīng)力會導(dǎo)致缺陷形成。為了減少壓縮應(yīng)變(compressive strain),可向鍺和錫合金層10引入娃以減小外延生長的鍺和錫合金層10的晶格尺寸。更具體地，在一個實施例中，鍺和錫合金層10可由O. 5at. % 20at. %的錫、少于50at. %的硅和余量的鍺組成。在另一實施例中，鍺和錫合金層10可由分別為Oat. % IOat. %的錫、Oat. % 38at. %的硅和IOOat. % 52at. %的鍺組成。如果Si : Sn的摩爾比在Ge (SiSn)合金中為約3. 8，那么晶格參數(shù)將與塊狀Ge(bulk Ge)相同。因此，可在Ge基板上無應(yīng)變地生長這些合金。注意，鍺和錫合金層10的以上成分僅出于解釋的目的被提供，并且不是要限制本公開。例如，只要錫的濃度足夠大使得可對于鍺和錫合金層10選擇性地進(jìn)行第一鍺層5的材料的蝕刻，就可使用錫的其它濃度。在一個實施例中，可通過使用分子束外延(MBE)沉積來沉積鍺和錫合金層10。例如，用于鍺和錫合金層10的MBE沉積的錫和鍺源可包含錫和鍺的固體源材料。在鍺和錫合金層10還包含硅的實施例中，用于鍺和錫合金層的MBE沉積的源可包含錫、鍺和硅的固體源材料。在KT8Pa的量級的真空中進(jìn)行分子束外延(MBE)。在固體源MBE中，諸如錫、鍺和娃(任選)的固體源材料在單獨(dú)的準(zhǔn)滲出(quasi-effusion)電池中被加熱,直到它們開始緩慢升華。氣體元素然后在沉積表面，即第一鍺層5，上凝結(jié)，在這里它們可相互反應(yīng)。術(shù)語“束”表示由于原子的長的平均自由程，因此蒸發(fā)原子在到達(dá)沉積表面之前不相互或與真空室氣體交互作用。在另一實施例中，可通過使用化學(xué)氣相沉積來沉積鍺和錫合金層10。化學(xué)氣相沉積(CVD)是作為氣體反應(yīng)物與室溫或更高溫度下的基板表面之間的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果而形成沉積物質(zhì)從而導(dǎo)致在基板表面上沉積膜的沉積過程。CVD處理的變化包括但不限于大氣壓力 CVD (APCVD)、低壓力 CVD (LPCVD)、等離子增強(qiáng) CVD (PECVD)、金屬有機(jī) CVD (M0CVD)、超高真空CVD (UHV-CVD)和它們的組合。用于沉積含有鍺的硅層3的處理的其它例子包括原子層沉積(ALD)、蒸鍍、化學(xué)溶液沉積和其它類型的沉積處理?？赏ㄟ^CVD對于鍺和錫合金層10的沉積使用大量的不同源。在一些實施例中，用于通過CVD外延生長鍺和錫合金層10的源氣體包含諸如鍺烷(germane)氣體(GeH4)的鍺源氣體和諸如錫烷(SnH4)、Stannane-d4 (SnD4)或它們的組合的錫源氣體。在除了鍺和錫以外鍺和錫合金層10包括硅的實施例中，用于沉積鍺和錫合金層10的源氣體包含諸如鍺烷氣體(GeH4)的鍺源氣體、諸如錫烷(SnH4)、Stannane_d4 (SnD4)或它們的組合的錫源氣體和諸如四氯化硅、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、硅烷(SiH4)和諸如乙硅烷(Si2H6)和丙硅烷(Si3H8)的高次娃燒的娃源氣體。用于外延沉積的溫度一般為300°C 800°C。盡管由于Sn在Ge 或GeSi晶格中的低溶度因此低溫生長一般是有利的。鍺和錫合金層10可被摻雜為η型或ρ型導(dǎo)電性，或者可以是本征半導(dǎo)體層。提供鍺和錫合金層10的導(dǎo)電類型的摻雜劑可被原位沉積。術(shù)語“導(dǎo)電類型”表示P型或η型摻雜劑?！霸弧币馕吨谡谛纬苫虺练e材料層時引入提供材料層的導(dǎo)電類型的摻雜劑。在一個實施例中，當(dāng)鍺和錫合金層10被摻雜成ρ型導(dǎo)電性時，在CVD處理中使用的源氣體還可包含P型摻雜劑源。例如，乙硼烷(B2H6)氣體可與用于錫、鍺和任選的硅的源氣體同時地被引入到處理室中。在一個實施例中，當(dāng)鍺和錫合金層被摻雜為η型導(dǎo)電性時，在CVD處理中使用的源氣體還可包含η型摻雜劑源。例如，可以與錫、鍺和任選的硅的源氣體同時地將磷化氫(PH3)氣體或砷化三氫(AsH3)氣體引入到處理室內(nèi)。也可通過使用等離子摻雜、離子注入和/或從一次性擴(kuò)散源(例如，硼硅酸鹽玻璃)的向外擴(kuò)散中的至少一種，在鍺和錫合金層10的沉積之后引入用于鍺和錫合金層10的P型和/或η型摻雜劑。鍺和錫合金層10的厚度可以為Inm 500nm。在另一實施例中，鍺和錫合金層10的厚度可以為5nm 50nm。注意,鍺和錫合金層10的以上厚度僅出于解釋的目的被提供，并且，不是要限制本公開。例如，只要鍺和錫合金層10的厚度足夠大使得鍺和錫合金層10可在用于在切割表面4的蝕刻之后去除第一鍺層5的剩余部分的蝕刻處理中用作蝕刻終止，就可使用鍺和錫合金層10的其它厚度。當(dāng)被用于光生伏打器件的下部電池中并被摻雜為ρ型導(dǎo)電性時，鍺和錫合金層10中的P型摻雜劑的濃度為5X IO17原子/cm3 5X 102°原子/cm3。當(dāng)被用于光生伏打器件的下部電池中并被摻雜成η型導(dǎo)電性時，鍺和錫合金層10中的η型摻雜劑的濃度為5 X IO17原子/cm3 IX IO20原子/cm3ο仍然參照圖1，并且，在一個實施例中，在鍺基板I的鍺和錫合金層10上存在第二鍺層15。在一個實施例中,第二鍺層15可具有大于95at. %的鍺含量。在另一實施例中,第二鍺層15可具有比99at.%大的鍺含量。在一個例子中，第二鍺層15可具有100%的鍺含量?？赏ㄟ^使用諸如CVD的沉積處理在鍺和錫合金層10上沉積第二鍺層15。在一個實施例中，用于形成第二鍺層15的CVD處理選自包括大氣壓力CVD(APCVD)、低壓力CVD(LPCVD)、等離子增強(qiáng)CVD (PECVD)、金屬有機(jī)CVD (MOCVD)、超高真空CVD (UHV-CVD)和它們的組合的組。在一個實施例中，第二鍺層15可以是外延沉積層，其中外延沉積處理的鍺源包含鍺烷(GeH4)氣體。還可設(shè)想，第二鍺層15還可包含Sn和Si以提高光生伏打器件的性能(例如，與純Ge相比，增加更長波長上的吸收)。與鍺和錫合金層10類似，第二鍺層15可被摻雜成ρ型導(dǎo)電性或η型導(dǎo)電性?？稍谔峁┑诙N層15的形成處理中原位引入提供第二鍺層15的導(dǎo)電類型的摻雜劑，或者可在沉積第二鍺層15之后通過使用離子注入或等離子摻雜引入提供第二鍺層15的導(dǎo)電類型的摻雜劑。第二鍺層15的厚度可以為IOOnm 15 μ m。在另一實施例中，第二鍺層15的厚度可以為500nm ΙΟμπι。在一些實施例中，第二鍺層15可用作光生伏打器件的底部電池的部件。圖2Α示出直接在鍺基板I的表面上(例如，直接在第二鍺層15的表面上)沉積應(yīng)力體層20的一個實施例。圖2Β示出在存在于鍺基板I上(例如，存在于第二鍺層15上)的后表面材料層14上沉積應(yīng)力體層20的一個實施例。后表面材料層14可以是單材料層或多 層材料層。在一個實施例中，提供鍺基板I的表面的后表面材料層14可以是后表面場層、鈍化層、隧道層、后太陽能電池結(jié)或它們的組合中的至少一個?？赏ㄟ^后表面場層、鈍化層、隧道層和后太陽能電池的任意組合提供后表面材料層14。參照圖2Β，可通過在第二鍺層15的表面上形成的后表面場區(qū)域提供后表面材料層14?！昂蟊砻鎴?BSF)區(qū)域”是具有比第二鍺層15高的摻雜劑濃度的摻雜區(qū)域。后表面場區(qū)域和第二鍺層15—般具有相同的導(dǎo)電類型，例如，ρ型或η型導(dǎo)電性。高度摻雜的后表面場(BSF)區(qū)域與具有比后表面場(BSF)區(qū)域低的摻雜劑濃度的第二鍺層15之間的界面的行為類似于ρ-η結(jié)，并且，在對于少數(shù)載流子向后表面的流動引入勢壘的界面處形成電場。少數(shù)載流子濃度由此在第二鍺層15中保持在更高的水平上，并且，后表面場(BSF)區(qū)域具有鈍化太陽能電池的后表面的凈效果。仍然參照圖2Β，后表面材料層14也可包含可存在于第二鍺層15的后表面場區(qū)域上的鈍化層。在另一實施例中，可以省略后表面材料層，其中，后表面材料層14是由鈍化層提供的單材料層。鈍化層是在提供隨后形成的光生伏打器件的下部電池的第二鍺層15的后表面上形成的材料層，其中，鈍化層降低光生伏打器件的底部電池的后表面上的懸空鍵(dangling bond)的濃度。在一個實施例中，鈍化層由氫化非晶娃(a_Si :H)組成。一般地，氫化非晶硅是本征半導(dǎo)體層。通過PECVD沉積包含氫化非晶硅的材料包括至少一種含有半導(dǎo)體材料的反應(yīng)劑氣體和至少一種含氫反應(yīng)劑氣體。在一個實施例中，用于產(chǎn)生含有氫化非晶硅的材料的包含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)劑氣體包含至少一個硅原子。例如，為了提供氫化非晶硅的硅成分，包含半導(dǎo)體材料的反應(yīng)劑氣體可包含3%、5切6、5%(12^!1(13和51(14中的至少一種。用于通過PECVD沉積含有氫化非晶硅的材料的含氫反應(yīng)劑氣體可以是氫氣(H2)0仍然參照圖2B，后表面材料層14還可包含可在鈍化層上形成的后太陽能電池結(jié)。在另一實施例中，可以省略后表面場層和鈍化層，其中，可通過在第二鍺層15的露出表面上形成的至少一個后太陽能電池結(jié)提供后表面材料層14。后太陽能電池結(jié)可由任意數(shù)量的p/n結(jié)組成，并且可由任意數(shù)量的材料組成。在一個實施例中，提供后太陽能電池結(jié)的材料層可以是化合物半導(dǎo)體材料。適于后太陽能電池結(jié)的化合物半導(dǎo)體材料的例子包括但不限于銻化鋁(AlSb)、砷化鋁(AlAs)、氮化鋁(A1N)、磷化鋁(A1P)、氮化硼(BN)、磷化硼(BP)、砷化硼(BAs)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)、砷化鋁銦(AlInAs)、銻化鋁銦(AllnSb)、氮化鎵砷(GaAsN)、銻化鎵砷(GaAsSb)、氮化鋁鎵(AlGaN)、磷化鋁鎵(AlGaP)、氮化銦鎵(InGaN)、銻化銦砷(InAsSb)、銻化銦鎵(InGaSb)、磷化鋁鎵銦(AlGalnP)、磷化鋁鎵砷(AlGaAsP)、磷化銦鎵砷(InGaAsP)、磷化銦砷銻(InArSbP)、磷化鋁銦砷(AlInAsP)、氮化鋁鎵砷(AlGaAsN)、氮化銦鎵砷(InGaAsN)、氮化銦鋁砷(InAlAsN)、氮化鎵砷銻(GaAsSbN)、氮化石申化鋪化嫁銦(gallium indium nitride arsenide aluminum antimonide,GalnNAsSb)、石申化鋪化憐化嫁銦(gallium indium arsenide antimonide phosphide,GaInAsSbP )和它們的組合。如上所述，并且，如圖2A和圖2B所示，可如圖2A所示的那樣直接在鍺基板I的表面上或者可如圖2B所示的那樣在存在于鍺基板I上的后表面材料層14上沉積應(yīng)力體層20。在一個實施例中，應(yīng)力體層20由含有金屬的層、聚合物層、粘接帶或它們的組合組成。 在本公開的一些實施例中，可在進(jìn)一步的處理之前清洗上面沉積有應(yīng)力體層20的表面，以從中去除表面氧化物和/或其它的污染物。在本公開的一個實施例中，可通過施加諸如例如丙酮和異丙醇的溶劑，清洗上面沉積有應(yīng)力體層20的表面。在一個實施例中，在形成應(yīng)力體層20之前，如圖2A所示的那樣在鍺基板I的表面上或者如2B所示的那樣在后表面材料層14的表面上形成任選的含有金屬的粘接劑層16。在應(yīng)力體層20對于上面要形成應(yīng)力體層20的表面具有較差的粘接性的實施例中，使用任選的含有金屬的粘接劑層16。一般地，當(dāng)使用包含金屬的應(yīng)力體層20時，使用含有金屬的粘接劑層16。在本公開中使用的任選的含有金屬的粘接劑層16包含諸如但不限于Ti/W、Ti、Cr、Ni或它們的任意組合的任何金屬粘接劑材料。任選的含有金屬的粘接劑層16可包含單層，或者它可包含含有不同的金屬粘接劑材料的至少兩個層的多層結(jié)構(gòu)?？稍谑覝?15°C 40°C)或更高的溫度下形成含有金屬的粘接劑層16。在一個實施例中，在20°C 180°C的溫度下形成任選的含有金屬的粘接劑層16。在另一實施例中，在20°C 60°C的溫度下形成任選的含有金屬的粘接劑層16?？赏ㄟ^利用沉積技術(shù)形成可任選地使用的含有金屬的粘接劑層16。例如，可通過濺射、化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、化學(xué)溶液沉積、物理氣相沉積和電鍍，形成任選的含有金屬的粘接劑層16。當(dāng)使用濺射沉積時，在沉積之前，濺射沉積處理還可包含原位濺射清洗處理。在被使用時，任選的含有金屬的粘接劑層16 —般具有5nm 200nm的厚度，IOOnm 150nm的厚度是更典型的。在本公開中，也可使用低于和/或高于上述厚度范圍的任選的含有金屬的粘接劑層16的其它厚度。在一些實施例中，在任選的含有金屬的粘接劑層16的露出表面上形成應(yīng)力體層20。在不存在任選的含有金屬的粘接劑層16的一些實施例中，直接在鍺基板I上或者直接在存在于鍺基板I上的后表面材料層14上形成應(yīng)力體層20。這些特定的實施例在附圖中沒有被示出，但是可很容易地從在本申請中示出的附圖被導(dǎo)出。
在一個實施例中，在本公開中使用的應(yīng)力體層20可包含在剝離溫度下在鍺基板10上處于拉伸應(yīng)力下的任何材料。當(dāng)在鍺基板I的頂部施加時處于拉伸應(yīng)力下的這些材料的解釋性例子包含但不限于金屬、諸如引起剝離的帶子層的聚合物或它們的組合。可以使用可包含單個應(yīng)力體層的應(yīng)力體層20或包含不同的應(yīng)力體材料的至少兩個層的多層應(yīng)力體結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，應(yīng)力體層20是金屬，并且，在任選的含有金屬的粘接劑層16的上表面上形成金屬。在另一實施例中，應(yīng)力體層20是引起剝離的帶子，并且，可如圖2A所示的那樣直接向鍺基板I的表面施加引起剝離的帶子，或者可如圖2B所示的那樣直接向后表面材料層14施加它。在另一實施例中，例如，應(yīng)力體層20可包含含有下部和上部的兩部分應(yīng)力體層。兩部分應(yīng)力體層的上部可由引起剝離的帶子層構(gòu)成。當(dāng)使用金屬作為應(yīng)力體層20時，金屬可包含例如Ni、Ti、Cr、Fe或W。也可使用這些和其它金屬的合金。在一個實施例中，應(yīng)力體層20包含至少一個含有Ni的層。當(dāng)使用聚合物作為應(yīng)力體層20時，聚合物是由重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的大的高分子。這些子單元一般被共價化學(xué)鍵連接?？杀挥米鲬?yīng)力體層20的聚合物的解釋性例子包含但不限于聚酰亞 胺(polyimide)、聚酯(polyester)、聚烯烴(polyolefin)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚亞安酯(polyurethane)、聚乙烯醋酸酯(polyvinyl acetate)和聚氯乙烯(polyvinylchloride)。當(dāng)使用引起剝離的帶子層作為應(yīng)力體層20時，引起剝離的帶子層包含在第一溫度下具有柔軟性并且沒有應(yīng)力的任何壓力敏感帶，其用于形成在基底基板的上部的去除中使用的在第二溫度下仍然具有強(qiáng)度、韌性和伸展性的帶子?！皦毫γ舾袔А币馕吨ㄟ^壓力的施加而不需要溶劑、加熱或水激活來粘貼的粘接帶。帶子中的拉伸應(yīng)力主要是由于鍺基板I的第一鍺層15 (具有低的熱膨脹系數(shù))與帶子(具有高的熱膨脹系數(shù))之間的熱膨脹不匹配。一般地，在本公開中用作應(yīng)力體層20的壓力敏感帶至少包含粘接層和基層。用于壓力敏感帶的粘接層和基層的材料包含具有或沒有適當(dāng)增塑劑的諸如例如丙烯酸樹脂(acrylics)、聚酯(polyester)、烯烴(olefin)和聚乙烯(vinyl)的聚合物材料。增塑劑是可增加添加它們的聚合物材料的可塑性的添加劑。在一個實施例中，在室溫(15°C 40°C)下形成在本公開中使用的應(yīng)力體層20。在另一實施例中，當(dāng)使用帶子層時，可以在15°C 60°C的溫度下形成帶子層。當(dāng)應(yīng)力體層20是金屬或聚合物時，可通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的沉積技術(shù)形成應(yīng)力體層20，這些沉積技術(shù)包括例如浸潰涂敷、旋轉(zhuǎn)涂敷、刷涂、濺射、化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、化學(xué)溶液沉積、物理氣相沉積和電鍍。當(dāng)應(yīng)力體層20是引起剝離的帶子層時，可通過手或通過機(jī)械手段向結(jié)構(gòu)施加帶子層?？赏ㄟ^利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)形成引起剝離的帶子，或者可在商業(yè)上從任何公知的粘接劑帶子制造商購買它們?？稍诒竟_中用作應(yīng)力體層20的引起剝離的帶子的一些例子包括例如Nitto Denko 3193MS熱釋放帶、Kapton KPT-1、和DiversifiedBoitech的CLEAR-170 (丙烯酸粘接劑，乙烯基)。在一個實施例中，可如圖2A所示的那樣直接在鍺基板I的表面上形成兩部分應(yīng)力體層20，或者如圖2B所示的那樣直接在后表面材料層14的表面上形成它，其中，兩部分應(yīng)力體層20的下部在處于室溫下或稍高(例如，15°C 60°C)的第一溫度下形成，其中，兩部分應(yīng)力體層20的上部在處于室溫下的輔助溫度下包含引起剝離的帶子層。如果應(yīng)力體層20具有金屬性質(zhì)，那么它一般具有3 μ m 50 μ m的厚度，4 μ m 8 μ m的厚度是更典型的。在本公開中，也可使用低于/高于上述厚度范圍的應(yīng)力體層20的其它厚度。如果應(yīng)力體層20具有聚合物性質(zhì)，那么它一般具有IOym 200μπι的厚度，50μπι 100 μ m的厚度是更典型的。在本公開中，也可使用低于和/或高于上述厚度范圍的應(yīng)力體層20的其它厚度。仍然參照圖2A和圖2B，可在應(yīng)力體層20的頂上形成任選的操作基板25。在本公開中使用的任選的操作基板25包含具有小于30cm的最小曲率半徑的任何柔性材料。可用作任選的操作基板25的柔性材料的解釋性例子包含金屬箔或聚酰亞胺箔。
任選的操作基板25可被用于在鍺基板I的剝離部分的操作中提供更好的斷裂控制和更好的多功能性。并且，任選的操作基板25可被用于在本公開的剝離過程中引導(dǎo)裂紋擴(kuò)展。本公開的任選的操作基板25 —般但未必必需在室溫(15°C 40°C )下形成?？赏ㄟ^利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的沉積技術(shù)形成任選的操作基板25，這些沉積技術(shù)包括例如浸潰涂敷、旋轉(zhuǎn)涂敷、刷涂、濺射、化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、化學(xué)溶液沉積、物理氣相沉積、電鍍、機(jī)械粘接、熱壓縮接合或焊接。任選的操作基板25 —般具有I μ m到幾mm的厚度，70 μ m 120 μ m的厚度是更典型的。在本公開中，也可使用低于和/或高于上述厚度范圍的任選的操作基板25的其它厚度。圖3A和圖3B示出從應(yīng)力體層20向鍺基板I施加應(yīng)力的情況，其中，應(yīng)力切割鍺基板1，以在第一鍺層的剩余部分5a上提供切割表面4。圖3A示出從直接沉積于鍺基板I上的應(yīng)力體層20向鍺基板I施加應(yīng)力的情況。圖3B示出從沉積于存在于鍺基板I上的后表面材料層14上的應(yīng)力體層20向鍺基板I施加應(yīng)力的情況。鍺和錫合金層10存在于在上面形成有應(yīng)力體層20的表面與鍺基板I的切割表面4之間。在圖3A和圖3B中，附圖標(biāo)記5a表示附著于應(yīng)力體層20上的第一鍺層5的剩余部分，而附圖標(biāo)記5b表示被去除的第一鍺層5的剝離部分。導(dǎo)致鍺基板I剝離的條件與應(yīng)力體層20厚度值和應(yīng)力體層20的應(yīng)力值的組合以及鍺基板I的機(jī)械屬性有關(guān)。在給定的應(yīng)力體層20厚度值上，將存在這樣一種應(yīng)力值，即，在高于該應(yīng)力值時，將自發(fā)地出現(xiàn)剝離。類似地，在給定的應(yīng)力體層20應(yīng)力值上，將存在這樣一種厚度值，即，在大于該厚度值時，將自發(fā)地出現(xiàn)剝離。對于應(yīng)力體層20基本上由拉伸應(yīng)力Ni構(gòu)成的情況剝離變得可能的應(yīng)力體層20厚度值的適當(dāng)指導(dǎo)由關(guān)系式t*= [ (2. 5xl06) (KIC3/2) ] / σ 2給出，這里，是受控的剝離變得可能的應(yīng)力體層20的厚度值(單位是微米)，K1。是鍺基板I的斷裂韌度值(單位是MPa*m1/2)，例如，第一鍺層5的斷裂韌度值，而σ是應(yīng)力體層20中的應(yīng)力值的大小(單位是MPa或兆帕)。如果拉伸應(yīng)力層20厚度比由給出的值大大約50%，那么會出現(xiàn)自發(fā)的剝離。另一方面，應(yīng)力體層20的厚度可以為約Iym 約50 μ m或約3 μ m 30 μ m或約4 μ m 約20 μ m厚的任意值。應(yīng)力體層20的選擇不必如現(xiàn)有技術(shù)那樣為了促進(jìn)自發(fā)剝離而基于應(yīng)力體層20的熱膨脹系數(shù)與鍺基板I的熱膨脹系數(shù)之間的差值，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過將結(jié)構(gòu)從高溫(約900°C)冷卻到較低的溫度實現(xiàn)剝離。本公開不依賴地自發(fā)剝離，而是依賴于機(jī)械力的使用和基本上室溫(約20°C)下的受控斷裂，以使各單獨(dú)的一層或多個層與鍺基板I分離，例如，使第一鍺層5的第一部分5a與鍺基板I分離。從鍺基板I附著于應(yīng)力體層20上的第一鍺層5的剩余部分5a的厚度大致為應(yīng)力體層20的厚度值的兩倍或到三倍。通過控制應(yīng)力體層20中的應(yīng)力量，可以選擇應(yīng)力體層20的可操作厚度值(t*)以去除第一鍺層5的受控厚度。例如，如果希望在剝離之后包含第二鍺層15、鍺和錫合金層10和第一鍺層的剩余部分5a的鍺基板I的剩余部分的厚度為約10 μ m，那么鎳的應(yīng)力體層20會需要為約4μπι厚。通過使用Ge〈lll>的Kic值(O. 59MPa*m1/2)，可使用以上的的表達(dá)式以算出需要約600MPa的應(yīng)力值。雖然應(yīng)力體層20中的應(yīng)力的來源是固有的(源自微結(jié)構(gòu))并且不是由于熱膨脹系數(shù)(CTE)應(yīng)力，但是，加熱應(yīng)力體層20常常具有增加應(yīng)力值的效果。這是由于在退火時出現(xiàn)并且不可逆的應(yīng)力體層20內(nèi)的微結(jié)構(gòu)變化。因此，設(shè)想局部加熱以啟動要被層轉(zhuǎn)印的區(qū)域的周邊的斷裂。換句話說，可使得自發(fā)剝離在小的選定區(qū)域中出現(xiàn)，以例如通過增加這些·小的選定區(qū)域中的應(yīng)力層的厚度來幫助啟動斷裂?？赏ㄟ^使用激光、遠(yuǎn)程感應(yīng)加熱或直接接觸加熱執(zhí)行局部加熱。具有通過上述的受控剝離過程形成的切割表面4的第一鍺層5的第一部分5a —般具有IOOOnm 幾十μ m的厚度,5 μ m 50 μ m的厚度是更典型的。通過上述的剝離過程從鍺基板去除的第一鍺層5的第二部分5b —般具有IOOOnm 幾十μ m的厚度，5 μ m 50 μ m的厚度是更典型的。在本公開的一些實施例中，從鍺基板I去除任選的操作基板25、應(yīng)力體層20和任選的含有金屬的粘接劑層16。例如，并且在一個實施例中，可對于去除任選的操作基板25、應(yīng)力體層20和任選的含有金屬的粘接劑層16使用王水(HN03/HC1)。在另一例子中，使用UV或熱處理以去除任選的操作基板25，然后是通過化學(xué)蝕刻去除拉伸應(yīng)力層20，然后是通過不同的化學(xué)蝕刻去除任選的含有金屬的粘接劑層16。圖4A和圖4B示出對于鍺和錫合金層10選擇性地進(jìn)行鍺基板I的切割表面4的蝕刻的一些實施例。圖4A示出蝕刻圖3A所示的結(jié)構(gòu)的切割表面4的情況，而圖4B示出蝕刻圖3B所示的結(jié)構(gòu)的切割表面4的情況。在一些實施例中，鍺和錫合金層10用作去除切割表面4的蝕刻終止，并且去除源自切割表面4的鍺基板I中的厚度的變化。如這里使用的那樣，在參照材料去除過程時使用的術(shù)語“選擇性”表示第一材料的材料去除率比向其施加材料去除過程的結(jié)構(gòu)的至少另一材料的去除率大。在一些例子中，選擇性可大于100:1，例如，1000: I。在一個實施例中，去除第一鍺層5的剩余部分5a的切割表面4的蝕刻處理是包含對于鍺和錫合金層10具有選擇性的蝕刻化學(xué)品的濕蝕刻。在一個實施例中，蝕刻化學(xué)品包含過氧化氫(H2O2)tj在另一實施例中，用于相對于鍺和錫合金層10選擇性地去除第一鍺層5的剩余部分5a的蝕刻化學(xué)品包含過氧化氫(H202)、氫氟酸(HF)和水(H2O)的溶液或諸如二氟化氙(XeF2)蝕刻的干蝕刻技術(shù)。注意，以上的蝕刻化學(xué)品僅出于解釋的目的被提供，并且不是要限制本公開。例如，只要蝕刻化學(xué)品在不去除鍺和錫合金層10的情況下去除第一鍺層5的剩余部分5a，就可使用其它的蝕刻化學(xué)品?？稍诒竟_的該點(diǎn)上使用的其它蝕刻處理包括反應(yīng)離子蝕刻、離子束蝕刻、等離子蝕刻或激光燒蝕。在切割表面4的蝕刻和第一鍺層5的剩余部分5a的去除之后，鍺基板1，即第二鍺層15和鍺和錫合金層10的厚度可以為O. I微米 20微米。在另一例子中，鍺基板，即第二鍺層15與鍺和錫合金層10的厚度可以為O. 5微米 5微米。在本公開的該點(diǎn)上的鍺基板I的整個寬度上的厚度變化小于1000A。圖5A和圖5B示出去除鍺和錫合金層10的一些實施例。圖5A示出從圖4A所示的結(jié)構(gòu)去除鍺和錫合金層10的情況，而圖5B示出從圖4B所示的結(jié)構(gòu)去除鍺和錫合金層10的情況。在一個實施例中，對于第二鍺層15選擇性地去除鍺和錫合金層10。在一個實施例中，去除鍺和錫合金層10的蝕刻處理是包含對于第二鍺層15具有選擇性的蝕刻化學(xué)品的濕蝕刻。在一個實施例中，用于對于第二鍺層15選擇性地去除鍺和錫合金層10的蝕刻化學(xué)品包含氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化鉀(Κ0Η)、氫氧化四甲基銨(TMAH)和它們的混合物或稀釋物。注意，以上的蝕刻化學(xué)品僅出于解釋的目的被提供，并且不是要限制本公開。例如，只要蝕刻化學(xué)品在不去除第二鍺層15的情況下去除鍺和錫合金層10，就可使用其它的蝕刻化學(xué)品。可在本公開的該點(diǎn)上使用的其它蝕刻處理包含反應(yīng)離子蝕刻、離子束蝕刻、等 離子蝕刻或激光燒蝕。在去除鍺和錫合金層10之后，鍺基板1，即第二鍺層15的厚度可以為O. I微米 20微米。在另一例子中，第二鍺層15的厚度可以為0.5微米 5微米。在本公開的該點(diǎn)上在第二鍺層15的整個寬度上的厚度變化小于1000 L·圖I 5B示出剝離方法的一個實施例，其中鍺和錫合金層10用作蝕刻終止層以提供在其整個寬度上具有均勻厚度的鍺層。在本公開的另一實施例中，鍺和錫合金層10在與受控剝離技術(shù)結(jié)合使用時被用作斷裂引導(dǎo)層。在一些實施例中，為了有利于鍺和錫合金層10內(nèi)的斷裂，在被用作斷裂引導(dǎo)層時鍺和錫合金層10可暴露于氫氣以改變鍺和錫合金層10的接合結(jié)構(gòu)。圖6A和圖6B示出其中示出了在從應(yīng)力體層10向鍺基板I施加應(yīng)力之前弱化鍺和錫合金層10的一些實施例，其中，在本實施例中，鍺和錫合金層10提供斷裂面。圖6A和圖6B所示的鍺基板I與圖I所示的鍺基板I類似。因此，包含圖I所示的第一鍺層5、鍺和錫合金層10和第二鍺層15的鍺基板I的以上描述適于描述包含圖6A和圖6B所示的第一鍺層5、鍺和錫合金層10和第二鍺層15的鍺基板I。并且，圖2A和圖3B所示的后表面材料層14、應(yīng)力體層20、操作基板25和任選的含有金屬的粘接劑層16的描述適于圖6A和圖6B所示的后表面材料層14、應(yīng)力體層20、操作基板25和任選的含有金屬的粘接劑層16。在鍺和錫合金層10提供斷裂面的實施例中，選擇鍺和錫合金層10的成分，使得鍺和錫合金層10處于固有應(yīng)力下。具體而言，當(dāng)在諸如第一鍺層5的鍺材料之上形成時，鍺和錫合金層10 —般是壓縮應(yīng)變材料。當(dāng)鍺和錫合金層10包含硅并且硅以比存在于鍺和錫合金層10中的錫大的濃度存在于鍺和錫合金層10中時，鍺和錫合金層10是拉伸應(yīng)變材料。由于具有約4:1的Si:Sn的摩爾比的Ge (SiSn)三元合金導(dǎo)致與Ge類似的晶格參數(shù)，因此，導(dǎo)致壓縮應(yīng)力的最一般的合金范圍由Gex(SihSny)1I給出，這里，(O彡x彡I)并且(O. 2 ^ y ^ D0類似地，當(dāng)(O < y < O. 2)時，將導(dǎo)致拉伸應(yīng)力。例如，拉伸應(yīng)變的鍺和錫合金層10可包含50at. %的鍺、5at. %的錫和45at. %的硅。作為比較，壓縮應(yīng)變的鍺和錫合金層10可包含50at. %的鍺、15at. %的錫和35at. %的硅。
在一個實施例中，通過用含氫氣體和/或等離子或含氫酸處理鍺基板I的至少一個表面，使鍺和錫合金層10弱化。可在向鍺基板I沉積應(yīng)力體層20之前進(jìn)行通過含氫氣體和/或等離子或含氫酸的對于鍺基板I的處理，或者，可在向鍺基板I沉積應(yīng)力體層20之后進(jìn)行通過含氫氣體和/或等離子或含氫酸的對于鍺基板I的處理。與以上參照圖1-5B描述的實施例類似，可直接在鍺基板I的第二鍺層15上沉積應(yīng)力體層20，或者，可在存在于鍺基板I上的后表面材料層14上沉積應(yīng)力體層20。在一個實施例中，含氫氣體是氫氣(H2)。氫氣可伴隨諸如氬或氦的運(yùn)載氣體。在一個實施例中，可通過含氫的等離子處理鍺基板I。等離子是原子或分子中的大多數(shù)被離子化的氣體?？赏ㄟ^RF (AC)頻率或兩個電極之間的DC放電產(chǎn)生等離子，在該DC放電中，兩個電極之間的空間包含含氫氣體。電能將含氫氣體混合物變換成反應(yīng)基、離子、中性原子和分子和其它的高度受激物質(zhì)。在處理中包含將在產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子之后出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)。例如，原子和分子碎片與鍺基板I交互作用以將氫氣引向鍺基板I。在一個實施例中，用于沉積和相關(guān)的材料處理的等離子中的分級電離(fractional ionization)從典型的電容放電中的10_4變?yōu)楦呙芏雀袘?yīng)等離子中的高達(dá)5 10%。雖然電弧放電和感應(yīng)等離 子可在大氣壓力下被引發(fā)，但是，等離子一般工作在例如I毫托 10毫托的幾毫托到例如I托 10托的幾托的壓力下。可通過射頻電容放電、感應(yīng)耦合等離子(ICP)、電子回旋共振(ECR)和螺旋波提供等離子。在通過含氫酸處理鍺基板的實施例中，可通過氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)或硫酸提供含氫氣體。還設(shè)想在高壓(諸如許多大氣壓)下執(zhí)行氫化或氘化，以增加氫向基板中的傳送。在通過含氫氣體和/或等離子或含氫酸的處理之后，氫擴(kuò)散到固有應(yīng)力鍺和錫合金層10內(nèi)的鍵中，其中，氫與鍺和錫合金層10的鍵之間的交互作用使鍺和錫合金層10內(nèi)的鍵弱化。圖7A和圖7B示出從應(yīng)力體層20向圖6A和圖6B所示的鍺基板I施加應(yīng)力的一些實施例，其中，應(yīng)力沿鍺和錫合金層10切割鍺基板I。除了在圖7A和圖7B所示的方法中鍺基板I沿鍺和錫合金層10切割以外，圖7A和圖7B所示的通過應(yīng)力體層20向鍺基板I施加應(yīng)力的情況與以上參照圖2A和圖2B描述的通過使用應(yīng)力體層20向鍺基板I施加應(yīng)力的方法類似。圖8A和圖8B示出從圖7所示的結(jié)構(gòu)去除鍺和錫合金層10的剩余部分IOa的一些實施例。在一個實施例中，對于第二鍺層15選擇性地去除鍺和錫合金層10的剩余部分10a。在一個實施例中，去除鍺和錫合金層10的剩余部分IOa的蝕刻處理是包含對于第二鍺層15具有選擇性的蝕刻化學(xué)品的濕蝕刻。在一個實施例中，用于對于第二鍺層15選擇性地去除鍺和錫合金層10的剩余部分IOa的蝕刻化學(xué)品包含氫氧化銨(ΝΗ40Η)、氫氧化鉀(Κ0Η)、氫氧化四甲基銨(TMAH)和它們的混合物或稀釋物。注意，以上的蝕刻化學(xué)品僅出于解釋的目的被提供，并且不是要限制本公開。例如，只要蝕刻化學(xué)品在不去除第二鍺層15的情況下去除鍺和錫合金層10，就可使用其它的蝕刻化學(xué)品?？稍诒竟_的該點(diǎn)上使用的其它蝕刻處理包含反應(yīng)離子蝕刻、離子束蝕刻、等離子蝕刻或激光燒蝕。在去除鍺和錫合金層10之后，鍺基板1，即第二鍺層15的厚度可以為O. I微米 20微米。在另一例子中，第二鍺層15的厚度可以為O. 5微米 10微米。在本公開的該點(diǎn)上在第二鍺層15的整個寬度上的厚度變化小于1000人。
可在制造包含但不限于半導(dǎo)體器件和光生伏打器件的各種類型的薄膜器件時使用上述的方法。圖9A示出在源自圖I 8A所示的方法序列的鍺基板I的剩余部分上形成光生伏打器件IOOa的一個實施例。圖9A示出諸如多結(jié)III-V光生伏打電池的光生伏打器件IOOa的一個實施例，其包含具有I微米 10微米的厚度的第二鍺層15(以下，稱為鍺層15)，其中，鍺層15具有小于1000 Λ在第一鍺層的整個寬度上的厚度變化。鍺層15可通過以上參照圖I 8Α描述的剝離方法中的至少一種被設(shè)置，并且提供光生伏打器件IOOa的底部電池150的至少一個部件。鍺層15—般具有第一導(dǎo)電性，并且，一般在鍺層15的頂上形成具有與第一導(dǎo)電性相反的第二導(dǎo)電性的半導(dǎo)體層6。例如，如果鍺層15被摻雜為ρ型導(dǎo)電性，那么半導(dǎo)體層6被摻雜為η型導(dǎo)電性,反之亦然。半導(dǎo)體層6可由含娃材料或含鍺材料構(gòu)成。半導(dǎo)體層6可以是外延沉積層。適于形成半導(dǎo)體層6的CVD處理的例子包括大氣壓力CVD(APCVD)、低壓力 CVD (LPCVD)、等離子增強(qiáng) CVD (PECVD)、金屬有機(jī) CVD (M0CVD)、超高真空 CVD (UHV-CVD)和它們的組合。鍺層15和半導(dǎo)體層6的組合可提供光生伏打器件IOOa的底部電池150。光生伏打器件的底部電池150可具有10微米或更小的厚度。
在一個實施例中，光生伏打器件IOOa包含由與由含鍺材料構(gòu)成的底部電池150直接接觸的至少一個III-V半導(dǎo)體材料構(gòu)成的至少一個頂部電池200。至少一個頂部電池200由任意數(shù)量的III-V半導(dǎo)體材料的任意數(shù)量的層構(gòu)成?！癐II-V半導(dǎo)體材料”是由來自元素周期表的第III族和第V族的元素構(gòu)成的合金。在一個實施例中，至少一個頂部電池200由選自包含以下的組的至少一種III-V半導(dǎo)體材料構(gòu)成銻化鋁(AlSb)、砷化鋁(AlAs)、氮化鋁(A1N)、磷化鋁(A1P)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)、砷化鋁銦(AlInAs)、銻化鋁銦(AllnSb)、氮化鎵砷(GaAsN)、銻化鎵砷(GaAsSb)、氮化鋁鎵(AlGaN)、磷化鋁鎵(AlGaP)、氮化銦鎵(InGaN)、銻化銦砷(InAsSb)、銻化銦鎵(InGaSb)、磷化鋁鎵銦(AlGalnP)、磷化鋁鎵砷(AlGaAsP)、磷化銦鎵砷(InGaAsP)、磷化銦砷銻(InArSbP)、磷化鋁銦砷(AlInAsP)、氮化鋁鎵砷(AlGaAsN)、氮化銦鎵砷(InGaAsN)、氮化銦鋁砷(InAlAsN)、氮化鎵砷銻(GaAsSbN)、氮化砷化銻化鎵銦(GalnNAsSb)、砷化銻化磷化鎵銦(GaInAsSbP)和它們的組合。提供至少一個頂部電池200的III-V半導(dǎo)體材料中的每一個可具有單晶、多晶體或多晶晶體結(jié)構(gòu)。III-V半導(dǎo)體材料中的每一個可以是外延的。為了在至少一個頂部電池200中提供與電池中的每一個的結(jié)并提供與底部電池150的結(jié)，III-V半導(dǎo)體材料可被摻雜成P型或η型導(dǎo)電性。摻雜原子的效果，即，它是ρ型還是η型摻雜劑依賴于基材晶格上的被摻雜劑原子占據(jù)的位置。在III-V半導(dǎo)體中，當(dāng)占據(jù)第III族原子的位置時，來自第II族的原子用作受主，即P型，而當(dāng)它們替代來自第V族的原子時，第VI族中的原子用作施主，即η型。諸如硅(Si)的來自第IV族的摻雜劑原子根據(jù)它們是否分別占據(jù)第III族或第V族原子的位置而分別具有它們可用作受主或施主的屬性。這種雜質(zhì)被稱為兩性雜質(zhì)。提供PN結(jié)的至少一個頂部電池200中的層中的每一層可具有IOOnm 6000nm的厚度。在另一實施例中，至少一個頂部電池200中的層中的每一層可具有500nm 4000nm的厚度。仍然參照圖9A，可隨后形成至少與至少一種III-V半導(dǎo)體材料的至少一個頂部電池200電連通的前觸頭500?？赏ㄟ^絲網(wǎng)印刷技術(shù)沉積前觸頭500。在另一實施例中，通過施加蝕刻或電鑄金屬圖案提供前觸頭500。在形成用于前觸頭500的金屬圖案時使用的金屬材料可包含施加金屬糊劑。金屬糊劑可以是諸如Al糊劑、Ag糊劑或AlAg糊劑的任何導(dǎo)電糊劑。也可通過使用濺射或電鍍沉積在形成用于前觸頭500的金屬圖案時使用的金屬材料。在一些實施例中，當(dāng)應(yīng)力體層20由諸如金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成時，可通過應(yīng)力體層20提供后觸頭。在其它的實施例中，可通過使用與前觸頭500類似的方法和材料形成后觸頭。圖9B示出源自圖I 8B所示的方法序列的光生伏打器件IOOb的一個實施例。由于其它的光生伏打結(jié)構(gòu)在本公開的范圍內(nèi)，因此，圖9A和圖9B所示的光生伏打結(jié)構(gòu)IOOaUOOb僅出于解釋性的目的被提供，并且不是要限制本公開。例如，圖9A和圖9B所示的光生伏打結(jié)構(gòu)還可包含隧道層、反射器層、半反射層和透明導(dǎo)電氧化物層。在另一例子中，在鍺層15與半導(dǎo)體層6之間存在本征半導(dǎo)體層，并且，光生伏打器件是p-i-n太陽能電池。雖然關(guān)于本公開的優(yōu)選實施例特別示出和描述了本公開，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本公開的精神和范圍的情況下，可以提出形式和細(xì)節(jié)的以上和其它的 變化。因此，本公開不應(yīng)限于描述和示出的確切的形式和細(xì)節(jié)，而是要落入所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種切割半導(dǎo)體材料的方法，包括 設(shè)置鍺基板，其中，鍺和錫合金層存在于鍺基板內(nèi)； 在錯基板上沉積應(yīng)力體層； 從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力，其中，應(yīng)力切割鍺基板以提供切割表面，其中，鍺和錫合金層存在于應(yīng)力體層與鍺基板的切割表面之間；和 對于鍺基板的鍺和錫合金層選擇性地進(jìn)行鍺基板的切割表面的蝕刻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，鍺和錫合金層包含O.5at. % 20at. %的錫、少于50at. %的硅和余量的鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，鍺和錫合金層的硅含量被選擇以抵消由鍺和錫合金層的錫含量引起的應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，設(shè)置鍺基板包括 形成第一鍺層； 在第一鍺層上形成鍺和錫合金層；和 在鍺和錫合金層上形成第二鍺層，其中，當(dāng)從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力時，在鍺基板的第一層中形成切割表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，第一鍺層包含100%鍺的基材，并且，第二鍺層包含100%鍺的基材。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，鍺和錫合金層的形成包含來自鍺和錫固體源材料的分子束外延、至少來自含鍺的源氣體和含錫的源氣體的化學(xué)氣相沉積或它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，含錫的源氣體包含錫烷(SnH4)、Stannane-d4(SnD4)或它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，應(yīng)力體層由含有金屬的層、聚合物層、粘接帶或它們的組合組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在鍺基板上沉積應(yīng)力體層包含將含有金屬的層粘接連接于鍺基板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在第一鍺層的與第一鍺層的上面形成有鍺和錫合金層的表面相對的后表面上，形成后表面場層、后表面鈍化層、隧道層或后太陽能電池結(jié)中的至少一個，其中，后表面場層、后表面鈍化層、隧道層或后太陽能電池結(jié)中的至少一個提供鍺基板的上面沉積有應(yīng)力體層的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括與應(yīng)力體層的與應(yīng)力體層的沉積于鍺基板上的表面相對的表面接合的操作基板。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力包含向應(yīng)力體層施加的在鍺基板中產(chǎn)生應(yīng)力的機(jī)械力或向應(yīng)力體層施加的產(chǎn)生與鍺基板的熱膨脹差以在鍺基板中提供應(yīng)力的溫度變化，其中，源自向應(yīng)力體層施加的機(jī)械力或溫度變化的鍺基板中的應(yīng)力導(dǎo)致鍺基板內(nèi)的裂紋擴(kuò)展并提供切割表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，對于鍺基板的鍺和錫合金層選擇性地進(jìn)行鍺基板的切割表面的蝕刻包含由過氧化氫構(gòu)成的濕蝕刻。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括對于第二鍺層選擇性地進(jìn)行鍺和錫合金層的去除。
15.一種切割半導(dǎo)體材料的方法，包括 設(shè)置鍺基板，其中，鍺和錫合金層存在于鍺基板內(nèi)； 弱化鍺錫合金層； 在鍺基板上沉積應(yīng)力體層；和 從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力，其中，應(yīng)力沿鍺錫合金層切割鍺基板。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，鍺和錫合金層包含O.5at. % 20at. %的錫、少于50at. %的娃和余量的鍺。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，設(shè)置鍺基板包含 形成第一鍺層； 在第一鍺層上形成鍺和錫合金層；和 在鍺和錫合金層上形成第二鍺層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，選擇鍺和錫合金層的硅含量以在鍺和錫合金層中提供拉伸應(yīng)力，或者選擇鍺和錫合金層的錫含量以提供壓縮應(yīng)力。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，弱化鍺錫合金層包含用含氫氣體、含氫的酸或它們的組合處理鍺基板，其中，來自含氫的氣體、含氫的酸或它們的組合的氫擴(kuò)散到鍺錫合金層以弱化鍺錫合金層內(nèi)的接合。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，從應(yīng)力體層向鍺基板施加應(yīng)力包含向應(yīng)力體層施加的在鍺基板中產(chǎn)生應(yīng)力的機(jī)械力或向應(yīng)力體層施加的產(chǎn)生與鍺基板的熱膨脹差以在鍺基板中提供應(yīng)力的溫度變化，其中，源自向應(yīng)力體層施加的機(jī)械力或溫度變化的鍺基板中的應(yīng)力導(dǎo)致沿鍺和錫合金層的裂紋擴(kuò)展并切割鍺基板。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括對于第二鍺層選擇性地進(jìn)行鍺錫合金層的剩余部分的蝕刻。
22.—種光生伏打器件,包括 具有第一導(dǎo)電性和I微米 10微米的厚度的鍺層，其中，第一鍺層在鍺層的整個寬度上具有小于1000A的厚度變化； 存在于鍺層上的半導(dǎo)體層，其中，半導(dǎo)體層具有第二導(dǎo)電性，其中，第二導(dǎo)電性與第一導(dǎo)電性相反。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光生伏打器件，其中，半導(dǎo)體層是含硅材料、含鍺的材料或者半導(dǎo)體層是化合物半導(dǎo)體。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光生伏打器件，其中，固有半導(dǎo)體層存在于鍺層與半導(dǎo)體層之間，并且，光生伏打器件是p-i-n太陽能電池。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光生伏打器件，還包括金屬或聚合基板，其中，光生伏打器件是柔性的。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光生伏打器件，還包括前觸頭和后觸頭。
全文摘要
本發(fā)明公開涉及用于形成多結(jié)光生伏打結(jié)構(gòu)的剝離方法和光生伏打器件。具體地，提供了一種包括設(shè)置具有鍺和錫合金層的鍺基板的切割半導(dǎo)體材料的方法。應(yīng)力體層被沉積于鍺基板的表面上。來自應(yīng)力體層的應(yīng)力被施加到鍺基板，其中，應(yīng)力切割鍺基板以提供切割表面。然后對于鍺基板的鍺和錫合金層選擇鍺基板的切割表面。在另一實施例中，鍺和錫合金層可用作剝離方法中的斷裂面。
文檔編號H01L31/076GK102832117SQ201210195820
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者S·W·貝德爾, D·A·薩達(dá)納, D·沙杰迪 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司