襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)、太陽能電池及發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開襯底可剝離外延結(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，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。本實用新型還公開一種具有襯底可剝離太陽能電池外延結(jié)構(gòu)及一種具有襯底可剝離發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。本實用新型可以提高外延層與襯底的剝離速率，同時有效解決剝離時外延層容易破損的問題。
【專利說明】襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)、太陽能電池及發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)、太陽能電池及發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。

【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)砷化鎵太陽能電池的吸收范圍覆蓋太陽光大部分波段，是當(dāng)前所有太陽能電池中轉(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能電池、薄膜LED的制作成本，且減少制作過程對環(huán)境的污染和資源的浪費。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，通常在襯底與外延層之間設(shè)置犧牲層，犧牲層采用AlAs單層膜，由于外延層與犧牲層接觸面積小且無法有效釋放外延層與犧牲層的連接力，容易導(dǎo)致接觸面積內(nèi)的外延層被拉扯力撕破，為解決所述問題，本案由此產(chǎn)生。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的之一在于提供襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，以提高外延層與襯底的剝離速率，且有效解決剝離時外延層容易破損的問題。
[0006]本實用新型的目的之二在于提供襯底可剝離太陽能電池外延結(jié)構(gòu)。
[0007]本實用新型的目的之三在于提供具有襯底可剝離發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。
[0008]為達(dá)成上述目的，本實用新型的解決方案為:
[0009]襯底可剝離外延結(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，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
[0010]進(jìn)一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)，其交替生長的對數(shù)為3-8對。采用3對以上能有效緩沖和釋放剝離過程外延層與襯底產(chǎn)生的拉扯力，且隨著對數(shù)的增加有效緩沖和釋放的能力變得更有效。當(dāng)對數(shù)超過8對后腐蝕蝕刻的速率下降明顯。因此采用3-8對交替生長的AlInP/AlAs結(jié)構(gòu)為最優(yōu)選擇。
[0011]進(jìn)一步，AlInP層的單層厚度為20-60nm。AlInP層的主要作用是起到緩沖剝離過程外延層與襯底產(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。
[0012]進(jìn)一步，AlAs層的單層厚度為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，在多組交替生長的AlInP/AlAs犧牲層會產(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AlAs層一側(cè)更多地接觸腐蝕溶液。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，該效應(yīng)反而減弱，蝕刻速率降低明顯。
[0013]進(jìn)一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的第一層為AlInP層，且與襯底相鄰。
[0014]進(jìn)一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的最后一層為AlInP層，且與外延層相鄰。
[0015]進(jìn)一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的最后一層為AlInP層的厚度較其它AlInP層厚。
[0016]襯底可剝離太陽能電池外延結(jié)構(gòu)，電池外延結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
[0017]進(jìn)一步，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]襯底可剝離發(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，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
[0019]進(jìn)一步，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。
[0020]一種高效的襯底剝離方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一，外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成；
[0022]步驟二，采用化學(xué)腐蝕液蝕刻和剝離犧牲層。
[0023]進(jìn)一步，所述化學(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。
[0024]采用上述方案后，本實用新型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的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)，提高了外延層與襯底的剝離速率。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，有效釋放外延層與襯底分離所產(chǎn)生的拉扯力。
[0025]解決現(xiàn)有技術(shù)犧牲層采用AlAs單層膜蝕刻到后期，由于外延層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)的外延層被撕破的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為應(yīng)用襯底可剝離的外延結(jié)構(gòu)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]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。
[0028]標(biāo)號說明
[0029]襯底I緩沖層2
[0030]犧牲層3歐姆接觸層4
[0031]頂電池窗口層5頂電池發(fā)射區(qū)6
[0032]頂電池基區(qū)7頂電池BSF層8
[0033]中頂電池隧穿結(jié)9 中電池窗口層10
[0034]中電池發(fā)射區(qū)11中電池基區(qū)12
[0035]中電池BSF層13中底電池隧穿結(jié)14
[0036]組分漸變層15底電池窗口層16
[0037]底電池發(fā)射區(qū)17底電池基區(qū)18
[0038]底電池BSF層19
[0039]襯底21緩沖層22
[0040]犧牲層23第一型導(dǎo)電層24
[0041]有源層25第二型導(dǎo)電層26。

【具體實施方式】
[0042]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做詳細(xì)描述。
[0043]如圖1所示，本實用新型揭示的襯底可剝離的太陽能電池外延結(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。
[0044]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。
[0045]犧牲層3由7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40nm，AlAs層厚度為lOOnm。
[0046]歐姆接觸層4材料為GaAs三五族化合物，厚度為200nm。
[0047]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。
[0048]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 μπι。
[0049]頂電池BSF層8材料為AlGalnP，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。
[0050]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。
[0051]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100nm，中電池基區(qū)12厚度為6 μ m。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]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
[0055]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 μπι。
[0056]使用下述腐蝕溶液進(jìn)行外延層和襯底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。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。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/so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。
[0057]如圖2所示，本實用新型揭示的襯底可剝離的發(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由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
[0058]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 μπι。緩沖層22的材料為GaAs三五族化合物，厚度為500nmo
[0059]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70nmo
[0060]第一型導(dǎo)電層24的材料為(Ala4Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，采用厚度為6 μπι。有源層25采用量子阱與量子皇交替生長的量子結(jié)構(gòu)。量子阱的材料為(AlaiGaa9)a5Ina5P三五族化合物，厚度為10nm。量子皇的材料為(Ala5Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，厚度為18nm?量子阱和量子皇交叉的對數(shù)為30對。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。
[0061]采用下述腐蝕溶液進(jìn)行外延層和襯底的剝離。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。
[0062]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非對本案設(shè)計的限制，凡依本案的設(shè)計關(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.襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，其特征在于: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，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)，其交替生長的對數(shù)為3-8對。
3.如權(quán)利要求1所述的襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，其特征在于=AlInP層的單層厚度范圍20_60nmo
4.如權(quán)利要求1所述的襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:AlAs層的單層厚度范圍40_150nm。
5.如權(quán)利要求1所述的襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)的第一層為AlInP層，且與襯底相鄰。
6.如權(quán)利要求1所述的襯底可剝離外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:交替生長的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；最后一層的AlInP層的厚度較其它AlInP層厚。
7.襯底可剝離太陽能電池外延結(jié)構(gòu)，其特征在于: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層組成，且歐姆接觸層與犧牲層相鄰。
8.襯底可剝離發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:外延發(fā)光結(jié)構(gòu)與襯底之間設(shè)置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結(jié)構(gòu)組成；發(fā)光外延結(jié)構(gòu)由下自上依次設(shè)置的第一型導(dǎo)電層、有源層及第二型導(dǎo)電層組成，且第一型導(dǎo)電層與犧牲層相鄰。
【文檔編號】H01L31/0352GK204243024SQ201420536931
【公開日】2015年4月1日 申請日期: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 申請人:廈門乾照光電股份有限公司