本公開的實施方式涉及制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，并且更特別地涉及在諸如多結(jié)光伏電池的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造期間用于將兩個或更多個元件接合(bond)在一起的方法，以及使用這種方法形成的諸如多結(jié)光伏電池的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

太陽能是可以提供電能來源的豐富的資源。收集并利用太陽能的一種方法是通過光伏(PV)電池，其將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能。能量的轉(zhuǎn)換可以由半導(dǎo)體材料中的n型和p型導(dǎo)電區(qū)域制造的pn結(jié)二極管提供。這種pn結(jié)二極管產(chǎn)生當(dāng)在半導(dǎo)體材料中形成電子-空穴對時所產(chǎn)生的光電流。作為對電磁輻射的光子照射在光伏電池上并且在光伏電池內(nèi)被吸收的響應(yīng)，形成這些電子-空穴對。

由半導(dǎo)體材料吸收的能量取決于其特征帶隙能量。半導(dǎo)體材料的帶隙能量可以定義為將外殼電子從其圍繞核的軌道釋放至自由狀態(tài)所需的能量的量。在半導(dǎo)體材料中，將電子從價帶激發(fā)至導(dǎo)帶所需的能量基于兩個電子狀態(tài)之間的能量差而不同。不同的材料具有不同的特征帶隙能量。帶隙工程是控制材料的帶隙能量的過程。用于光伏電池(PVs)中的傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體材料具有大約1.1eV的帶隙能量，這僅覆蓋了太陽電磁輻射光譜的一小部分(例如，從約0.4eV至4.0eV)。

具有低于半導(dǎo)體材料的帶隙能量的能量的電磁輻射的光子將不被吸收并轉(zhuǎn)換為電能。具有高于帶隙能量的能量的光子可以被吸收，但是所產(chǎn)生的電子-空穴對可以以熱能(也即熱)的形式快速地失去它們高于帶隙能量的多余能量。因此，該多余能量不可用于轉(zhuǎn)換為電能。

為了最大化光伏電池中的能量的吸收和轉(zhuǎn)換，已經(jīng)開發(fā)了多結(jié)(MJ)光伏器件。多結(jié)光伏器件由兩個或多個子電池構(gòu)成，每個子電池包括具有不同特征帶隙能量的pn結(jié)二極管。因此，子電池中的每一個具有被設(shè)計為吸收太陽光譜內(nèi)的不同波長的電磁輻射的帶隙能量。因此，兩個或多個子電池可以從太陽能光譜的不同部分吸收能量，導(dǎo)致更好地利用太陽能以及更高的運(yùn)行效率。

多結(jié)光伏電池通常由在逐層沉積工藝中形成為垂直堆疊的兩個或更多個子電池制造。每個子電池被設(shè)計成和相鄰子電池相比吸收并轉(zhuǎn)換太陽能光譜的不同部分。首先暴露于輻射能量的子電池通常具有最高的帶隙能量，而位于第一子電池之下的子電池相應(yīng)地具有較小的帶隙能量。作為該布置的結(jié)果，在第一子電池中未被吸收的能量可以傳輸至多結(jié)光伏器件的另一下層子電池并且在其內(nèi)轉(zhuǎn)換為電子-空穴對，從而使得能夠?qū)⒏鼘挼奶柲芄庾V轉(zhuǎn)換為電能。

然而，由于在不同材料的各層相互堆疊的順序異質(zhì)外延生長期間必須匹配子電池中的每一個的晶格，所以普通的多結(jié)光伏器件受到限制。相鄰子電池的不同材料中的晶格之間的晶格失配可以導(dǎo)致降低光伏器件的效率的機(jī)械應(yīng)變和晶格位錯(也即，晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷)。結(jié)果，由于這種晶格匹配約束，可以用于典型的多結(jié)光伏電池中的材料受到限制。

為了克服由于在外延生長工藝期間多結(jié)光伏電池的兩個或更多個子電池之間的晶格匹配問題而施加的限制，可以利用接合工藝。兩個或更多個子電池接合在一起允許在可用于形成多結(jié)光伏電池的半導(dǎo)體材料的選擇中的進(jìn)一步的自由度?？梢酝ㄟ^在不同襯底上形成兩個或多個子電池并且隨后通過接合工藝將兩個或多個子電池彼此附接來克服晶格失配。

通常利用接合技術(shù)來執(zhí)行兩個或更多個元件的附接。這種接合技術(shù)包括通常被稱為例如分子接合、熔合接合、金屬接合、粘合劑接合、焊料接合、以及直接接合的許多方法。例如，參見Tong等人在Materials，Chemistry and Physics 37 101 1994的題為“Semiconductor wafer bonding：recent developments”以及Christiansen等人在Proceedings of the IEEE 94 12 2060 2006中題為“Wafer Direct Bonding：From Advanced Substrate Engineering to Future Applications in Micro/Nanoelectronics”的期刊出版物。

通常通過在待接合的元件中的至少一個元件的表面上形成一個或多個接合層來輔助元件彼此的接合?？梢圆倏v接合層的表面化學(xué)性質(zhì)以改善兩個元件彼此的粘附性，使得兩個元件可以以足夠的結(jié)合能量附接以使得能夠在接合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上執(zhí)行進(jìn)一步的處理而無需過早分離。

接合層可以包括眾多材料，包括例如，導(dǎo)體(例如，金屬)、半導(dǎo)體和絕緣體。更常見的接合層之一包括硅酸鹽，諸如例如二氧化硅，其中二氧化硅表面的表面化學(xué)性質(zhì)可以包括能夠產(chǎn)生高接合能量的硅烷醇(Si-OH)基團(tuán)。然而，絕緣的接合層的使用可以防止在諸如構(gòu)成多結(jié)光伏電池的子電池的接合的元件之間的電子的流動。因此，這種接合層可能不適合用于其中需要跨接合層的電傳導(dǎo)的裝置中。

兩個接合的元件之間的電子的流動以及因此電流可以通過使用金屬接合層來實現(xiàn)。已經(jīng)使用諸如例如銅和金的許多不同的金屬材料制造了金屬接合層。然而，金屬接合層的使用可以嚴(yán)重地限制光穿過接合的結(jié)構(gòu)的傳輸，因為當(dāng)金屬層超過某一厚度時金屬接合層可以基本上防止光傳輸。因此，當(dāng)需要穿過接合的元件的光傳輸時，金屬接合層可能是不合適的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供該發(fā)明內(nèi)容是為了以簡化的形式介紹構(gòu)思的選取。在以下本公開的示例性實施方式的詳細(xì)描述中進(jìn)一步詳細(xì)地描述這些構(gòu)思。該發(fā)明內(nèi)容并不旨在識別要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護(hù)的主題的范圍。

在一些實施方式中，本公開包括一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其中形成至少基本上由第一III-V材料構(gòu)成的第一接合層。第一接合層形成在第一元件的主表面上。形成至少基本上由第二III-V材料構(gòu)成的第二接合層，并且第二接合層形成在第二元件的主表面上。用n型摻雜劑摻雜第一接合層和第二接合層中的至少一個，并且選擇n型摻雜劑以包括硒和碲中的至少一個。第一接合層和第二接合層設(shè)置在第一元件和第二元件之間，并且在設(shè)置于所述第一接合層和所述第二接合層之間的接合界面處將所述第一元件和所述第二元件彼此附接。

在另外的實施方式中，本公開包括通過本文所述的方法制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件。例如，在一些實施方式中，本公開包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有在第一元件的主表面上至少基本上由第一III-V材料構(gòu)成的第一接合層，以及在第二元件的主表面上至少基本上由第二III-V材料構(gòu)成的第二接合層。第一接合層和第二接合層設(shè)置在第一元件和第二元件之間。第一接合層和第二接合層中的至少一個進(jìn)一步包括至少一個n型摻雜劑，并且至少一個n型摻雜劑可以包括硒和碲中的至少一種。接合界面設(shè)置在第一接合層和第二接合層之間。

附圖說明

圖1是例示出了第一元件和第二元件的簡化示意圖，第一元件包括其上設(shè)置了第一接合層的主表面，以及第二元件包括其上設(shè)置了第二接合層的主表面。

圖2例示出了通過使用第一接合層和第二接合層將第一元件和第二元件彼此附接所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

圖3例示出了針對用于形成圖2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示例性接合層的外量子效率和波長之間的關(guān)系。

圖4是由圖2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造的多結(jié)光伏電池的簡化示意圖。

具體實施方式

本文所提供的例示并非意味著任何特定光伏器件或其部件的實際視圖，而僅僅是用于描述本公開的實施方式的理想化表示。

如本文所使用的，術(shù)語“III-V半導(dǎo)體材料”是指并且包括至少主要地由選自周期表IIIA族的一個或多個元素(B、Al、Ga、In以及Ti)以及選自周期表的VA族的一個或多個元素(N、P、As、Sb以及Bi)構(gòu)成的任何半導(dǎo)體材料。例如，III-V半導(dǎo)體材料包括但不限于GaN、GaP、GaAs、InN、InP、InAs、AlN、AlP、AlAs、InGaN、InGaP、GaInN、InGaNP、GaInNAs等。

如本文所使用的，術(shù)語“外延”當(dāng)與半導(dǎo)體材料的沉積或生長相關(guān)地使用時是指半導(dǎo)體材料在下層材料之上的生長，使得半導(dǎo)體的晶格取向為與在其上沉積或者生長半導(dǎo)體的下層材料的晶格共同取向。外延材料是外延生長或沉積的材料。

如本文所使用的，術(shù)語“假晶”當(dāng)與半導(dǎo)體材料的沉積或生長相關(guān)地使用時是指半導(dǎo)體材料在下層材料之上的外延生長，使得所生長或沉積的半導(dǎo)體材料的面內(nèi)晶格參數(shù)被限制為與半導(dǎo)體外延地沉積或生長在其上的下層材料的面內(nèi)晶格參數(shù)匹配。假晶材料是假晶地、外延生長或沉積的材料。

如本文所使用的，術(shù)語“吸收邊沿(absorption edge)”當(dāng)與材料相關(guān)地使用時是指在其之上材料對電磁輻射的吸收在至少一個波長范圍上小于10％的電磁輻射的波長。

根據(jù)本公開的實施方式，兩個或更多個元件可以利用第一接合層和第二接合層彼此附接。兩個或更多個元件中的每一個可以包括一個或更多個光伏子電池，并且在一些實施方式中，兩個或更多個元件中的每一個可以包括包括兩個或更多個子電池的串聯(lián)的光伏電池。以下參照圖1至圖3描述這種接合方法的非限定性示例，以及參照圖4描述可以用于制造多結(jié)光伏器件的方法的實施方式。

圖1例示出了第一元件100和第二元件200，其中，第一元件100包括設(shè)置在第一元件100的主表面104之上的第一接合層102，以及其中，第二元件200包括設(shè)置在第二元件200的主表面204之上的第二接合層202。

第一元件100和第二元件200可以包括一個或更多個光伏子電池。第一元件100可以包括任意數(shù)量的子電池，其可以以逐層的方式形成。也應(yīng)該注意的是，圖1是簡化示意圖，并且子電池中的每一個可以包括多個層，諸如形成了一個或更多個p-n結(jié)的半導(dǎo)體材料的層。作為非限定性示例，一個或更多個子電池也可以包括抗反射層、隧道二極管層、背表面場層、旁路二極管層以及窗口層。在非限定性示例性實施方式中，第一元件100可以包括串聯(lián)的太陽能電池，包括第一子電池106A和第二子電池106B。此外，第二元件200也可以包括串聯(lián)的太陽能電池，包括第一子電池206A和第二子電池206B。

更特別地，第一元件100可以包括第一子電池106A，具有至少基本上由鍺(Ge)構(gòu)成(除了一個或多個摻雜劑的存在之外)的組分。鍺可以具有大約0.67eV的帶隙能量。Ge子電池106A包括一起形成了第一p-n結(jié)二極管的p-摻雜區(qū)域和n-摻雜區(qū)域。第一元件100可以包括第二子電池106B，具有至少基本上由具有大約1eV的帶隙能量的氮砷化銦鎵(InGaAsN)構(gòu)成(除了一個或多個摻雜劑的存在之外)的材料組分。InGaAsN子電池106A包括一起形成了第二p-n結(jié)二極管的p-摻雜區(qū)域和n-摻雜區(qū)域。

第二元件200可以包括第一子電池206A，其具有至少基本上由砷化鎵(GaAs)和砷化鎵銦(InGaAs)中的至少一個構(gòu)成(除了一個或多個摻雜劑之外)的組分。第一子電池206A的材料組分可以具有在大約1.4eV到大約1.5eV之間的帶隙能量。第二元件200的第一子電池206A包括一起形成了第三p-n結(jié)二極管的p-摻雜區(qū)域和n-摻雜區(qū)域。第二元件200可以包括第二子電池206B，其具有至少基本上由具有大約1.9eV的帶隙能量的磷化鎵銦(InGaP)構(gòu)成(除了一個或多個摻雜劑的存在之外)的組分，盡管精確的帶隙能量將取決于InGaP的材料組分(即InGaP中In和Ga的相對原子百分比)。InGaP子電池206B也包括一起形成了第四p-n結(jié)二極管的p-摻雜區(qū)域和n-摻雜區(qū)域。

以上本文給出的非限定性示例用于例示在多結(jié)光伏單元的形成中有用的材料的可能配置和選擇。第一元件100和第二元件200的每一個可以包括一個或更多個子電池，并且子電池可以包括除了上面本文所提到的那些材料之外的其他半導(dǎo)體材料。

第一元件100可以形成在具有生長表面110的第一生長襯底108上并包括該第一生長襯底108。類似地，第二元件200可以形成在具有生長表面210的第二生長襯底208上并包括該第二生長襯底208。例如，第一生長襯底108可以具有至少基本上由鍺構(gòu)成的材料組分，使得生長表面110是鍺生長表面110。可以用于形成第一元件100的生長襯底108的另外的實施方式包括設(shè)計的合成襯底，諸如例如包括設(shè)置在藍(lán)寶石上的Ge的襯底(GeOS)，其中Ge限定了生長表面100。

第二生長襯底208可以具有至少基本上由砷化鎵(GaAs)構(gòu)成的材料組分。可以用于形成第二元件200的生長襯底208的另外的實施方式包括設(shè)計(engineer)的合成襯底，諸如例如包括設(shè)置在藍(lán)寶石上的GaAs的襯底(GaAsOS)，其中，GaAs限定了生長表面210，或者包括設(shè)置在藍(lán)寶石上的Ge的襯底(GeOS)，其中，Ge限定了生長表面210。

第一元件100和第二元件200中的每一個的一個或更多個子電池可以由一個或多個沉積工藝(例如，物理氣相沉積(PVD)工藝或化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝)形成。在一些實施方式中，一個或多個子電池由外延沉積工藝形成，諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝，鹵化物氣相外延(HVPE)工藝，原子層沉積(ALD)工藝，或這些工藝的組合。

繼續(xù)參照圖1，第一接合層102可以形成在第一元件100上。第一接合層102可以至少基本上由第一III-V材料構(gòu)成，并且可以設(shè)置在第一元件100的主表面104上。換言之，第一元件100包括其上可以形成第一接合層102的主表面104。第一接合層102可以包括一個或多個III-V材料。作為非限定性示例，第一接合層102的第一III-V材料可以選擇為至少基本上由磷化銦材料(INP)構(gòu)成(除了摻雜劑存在之外)。

在一些實施方式中，第一接合層102可以外延生長在第一元件100的主表面104之上。此外，在一些實施方式中，第一接合層102可以使用假晶生長工藝而假晶地、外延生長在第一元件100之上，其中第一接合層102的晶格繼承了第一元件100的主表面104的面內(nèi)晶格參數(shù)，使得第一接合層102是假晶材料。

第二接合層202可以形成在第二元件200上。第二接合層202可以至少基本上由第二III-V材料構(gòu)成，并且可以設(shè)置在第二元件200的主表面204上。換言之，第二元件200包括其上可以形成第二接合層202的主表面204。第二接合層202可以包括一個或更多個III-V材料。作為非限定性示例，第二接合層202的第二III-V材料可以選擇為至少基本上由砷化鎵材料(GaAs)和磷化銦鎵材料(GaInP)中的至少一種構(gòu)成(除了存在摻雜劑之外)。

在一些實施方式中，第二接合層202可以外延生長在第二元件200的主表面204之上。此外，在一些實施方式中，第二接合層202可以使用假晶生長工藝假晶地、外延生長在第二元件200之上，其中第二接合層202的晶格繼承了第二元件200的主表面204的面內(nèi)晶格參數(shù)，使得第二接合層202是假晶材料。

第一接合層102可以具有第一平均層厚度d1并且第二接合層202可以具有平均層厚度d2(如圖1中所例示)。厚度d1和d2中的每一個可以為大于約10nm，大于150nm，或者甚至大于約1000nm。第一接合層102和第二接合層202中的每一個的組分可以在層的總的相應(yīng)厚度d1和d2的至少大部分中至少基本上是恒定的。

接合層102、202中的每一個可選地也可以包括一種或多種摻雜劑。這樣的摻雜劑可以在用于形成接合層102、202中的每一個的沉積工藝期間被結(jié)合，或者可選地，摻雜劑可以在接合層102、202的生長之后注入至接合層102、202中的每一個中。作為非限定性示例，第一接合層102和第二接合層202的一個或兩個可以摻雜有n-型摻雜劑。

可以選擇接合層102、202的n-型摻雜劑以包括硒(Se)和碲(Te)中的至少一種。當(dāng)用于摻雜III-V材料時并且特別地當(dāng)摻雜III-砷化物材料和III-磷化物材料時，Se和Te已被證明呈現(xiàn)表面活性劑性質(zhì)?？梢酝ㄟ^重?fù)诫s第一接合層102和第二接合層202的每一個來增強(qiáng)Se和Te的表面活性劑行為。作為非限定性示例，可以以至少大約1.5×10¹⁹cm^-3的摻雜濃度摻雜第一接合層102和第二接合層202中的至少一個。

由于許多原因，Te和Se在重?fù)诫s水平下的表面活性劑行為可有利于形成多結(jié)光伏電池。例如，重Te和Se摻雜可以減小第一接合層102的接合表面112與第二接合層100的接合表面212中的每一個的原生的(as-grown)表面粗糙度。在本領(lǐng)域已知的接合工藝中，拋光工藝(例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))用于實現(xiàn)成功接合工藝所需的低表面粗糙度。本文所給出的實施方式中，相對于先前已知的工藝，可以減少拋光工藝所需的時間，或者可以消除拋光工藝，因為重?fù)诫s接合層102、202的表面活性劑性質(zhì)可以導(dǎo)致具有適于后續(xù)接合工藝的原生的表面粗糙度的接合表面112、212。作為非限定性示例，第一接合層102和第二接合層202中的每一個的外延生長可以分別導(dǎo)致形成具有小于大約十(10)埃、小于大約五(5)埃、或甚至小于大約三(3)埃的均方根(rms)表面粗糙度的原生的接合表面112、212。

在形成第一接合層102和第二接合層202中的每一個之后，可以使用本領(lǐng)域已知的工藝清潔和/或激活接合層102、202。這樣的激活工藝可以用于以促進(jìn)接合工藝和/或?qū)е略诘谝唤雍蠈?02的接合表面112和第二接合層202的接合表面212之間形成更強(qiáng)接合的方式在接合表面112、212中的每一個處改變表面化學(xué)性質(zhì)。

用Te和Se中的至少一種的接合層102、202的重?fù)诫s也可以形成具有高度電激活的第一接合層102和第二接合層202中的每一個。例如在接合層102、202中的每一個中的施主濃度(N_donor)可以為至少大約0.1×10¹⁹cm^-3，至少大約0.5×10¹⁹cm^-3，或甚至至少大約1×10¹⁹cm^-3。在非限定性示例性實施方式中，可以形成第一接合層102和第二接合層202中的每一個以包括具有小于大約五(5)毫歐姆每平方厘米(5mΩ/cm²)、小于大約兩(2)毫歐姆每平方厘米(2mΩ/cm²)、或甚至小于大約一毫歐姆每平方厘米(1mΩ/cm²)的電阻率的材料。第一接合層102和第二接合層202中的每一個的低的電阻率可以導(dǎo)致跨接合層102、202的相對低的電阻。

用Te和Se重?fù)诫s接合層102、202可以提供由于接合層102、202中的每一個的吸收邊沿對較低波長(也即較高吸收能量)的莫斯-布爾斯坦(Moss-Burstein)減小而產(chǎn)生的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。莫斯-布爾斯坦效應(yīng)是這樣的現(xiàn)象，其中隨著作為靠近導(dǎo)帶的所有能帶狀態(tài)被填充(populate)的結(jié)果吸收邊沿被推至較低波長(較高能量)，半導(dǎo)體材料的表觀帶隙能量增加。對于簡并電子分布，例如在一些重?fù)诫s的簡并半導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)的簡并電子分布，這被觀察到。因此，接合層102、202中的每一個的吸收邊沿的摻雜誘導(dǎo)的莫斯-布爾斯坦減小可以使得接合層102、202中的每一個對于感興趣的光子能量(也即電磁輻射的波長)更透明。

作為非限定性示例，由于本文如上所述的用Te和/或Se摻雜接合層102、202，第一接合層102和第二接合層202中的每一個的吸收邊沿的波長可以減小至少大約二百五十(250)納米、至少大約五百(500)納米、或者至少大約七百五十(750)納米。圖3例示出了針對如本文所述的包括用硒重?fù)诫s的磷化銦材料的接合層102、202的作為波長的函數(shù)的外量子效率(EQE)的曲線圖，其在圖3中由線142表示。

光伏電池的EQE定義為由光伏電池所收集的電荷載流子的數(shù)量與入射在光伏電池上的能量的光子的數(shù)量的比率。EQE所取決的參數(shù)之一是材料的吸收邊沿，因此可以通過減小第一接合層102和第二接合層202中的每一個的吸收邊沿來在給定波長范圍內(nèi)降低第一接合層102和第二接合層202的吸收。所獲得的第一接合層102和第二接合層202的吸收的降低導(dǎo)致在第一接合層102和第二接合層202的EQE的相應(yīng)增加。

未摻雜的磷化銦材料的吸收邊沿大約是900納米(例如約920nm)，如圖3中垂直虛線150所示。未摻雜的磷化銦材料的帶隙能量大約為1.35eV。用硒重?fù)诫s的磷化銦材料的吸收邊沿近似為500納米(例如約480nm)，如圖3中垂直虛線152所示。因此，重Se摻雜的磷化銦材料的吸收邊沿152與未摻雜的磷化銦材料的吸收邊沿150相比減小大約400納米。

第一接合層102和第二接合層202中的每一個的吸收邊沿的減小可以使得接合層102、202對于至少感興趣的波長范圍至少基本上是光學(xué)透明的，諸如用于通過可以是多結(jié)光伏電池的一部分的兩個或更多個子電池106A、106B、206A、206B以及接合層102、202傳輸電磁輻射。例如，可以形成第一接合層102和第二接合層202中的每一個以包括對于具有例如在從大約七百五十(750)納米延伸至大約九百二十(920)納米、或者從大約八百四十(840)納米延伸至大約九百二十(920)納米范圍內(nèi)波長的電磁輻射至少基本上是透明的材料。

在第一元件100和第二元件200上分別形成接合層102、202之后，第一接合層102的接合表面112可以使用如以下進(jìn)一步詳述的接合工藝而與第二接合層202的接合表面212接觸并接合。

圖2例示出了包括通過第一接合層102和第二接合層202彼此附接(attach)的第一元件100和第二元件200的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300。為了將第一元件100附接至第二元件200，第一接合層102和第二接合層202可以設(shè)置在第一元件100和第二元件200之間并且在設(shè)置于第一接合層102和第二接合層202之間的接合界面302處將第一元件100和第二元件200彼此附接。

可以使用多種方法中的任意一種來獲得利用接合層102、202中的每一個將第一元件100附接到第二元件200。作為非限定性示例，可以通過直接接合工藝、諸如分子接合工藝、熱壓接合工藝或非熱壓接合工藝(也即不使用膠、蠟、焊料等的接合)而將第一元件100接合至第二元件200。例如，接合操作可以要求接合表面112、212中的每一個充分平滑并且沒有顆粒和污染物，以及表面112、212充分相互靠近以允許在它們之間發(fā)起的接觸(通常在小于5nm的距離下)。當(dāng)開始如此接近時，接合表面112和接合表面212之間的吸引力可以足夠高以引起直接接合(由待接合的兩個接合表面112、212的原子或分子之間的電子相互作用產(chǎn)生的所有吸引力(例如范德華力)所誘導(dǎo)的接合)。

直接接合工藝的發(fā)起通常通過施加局部壓力來實現(xiàn)，例如在與另一元件緊密接觸的元件上使用觸針以便于觸發(fā)接合波從發(fā)起點(diǎn)的接合傳播。術(shù)語“接合波”是指所形成的直接接合的前部從發(fā)起點(diǎn)傳播并且對應(yīng)于吸引力從發(fā)起點(diǎn)傳播到第一接合層102和第二接合層202之間的緊密接觸的整個界面上。因此，第一元件100可以使用直接接合工藝而接合至第二元件200，其中在第一接合層102和第二接合層202之間形成接合界面，接合界面302包括直接接合界面。然而，應(yīng)該注意的是，由于直接接合工藝的本質(zhì)，可能相對困難或無法識別在第一接合層102和第二接合層202之間的直接接合界面，并且直接接合界面302定義為第一接合表面112和第二接合表面212沿著其被設(shè)置并且第一接合表面112和第二接合表面212通過直接接合工藝跨其而接合在一起的平面。

可選地，可以使用退火工藝來增強(qiáng)在接合界面302處第一接合層102和第二接合層202之間的接合。這種退火工藝可以包括例如在合適的爐中加熱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300至在約一百攝氏度(100℃)到約一千攝氏度(1000℃)之間的溫度，持續(xù)約2分鐘(2分鐘)到約15小時(15小時)的時間。

在第一元件100附接至第二元件200之后，可以進(jìn)一步處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300以產(chǎn)生如圖4中所示的多結(jié)光伏電池400?？蛇x地，可以移除第一生長襯底108(圖2)以便暴露第一元件100的背面114，并且可選地可以移除第二生長襯底208(圖2)以便于暴露第二元件200的背面214?？梢允褂美缪心スに?、激光剝離工藝、拋光工藝、和化學(xué)(濕法或干法)刻蝕工藝(例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝)中的一種或更多種分別從第一元件100和第二元件200移除生長襯底108、208。

在移除了第二生長襯底208之后，可以處理第二元件200的暴露的背面214以增大背面214的表面粗糙度。背面100的粗糙化可以形成多個紋理化特征(例如凹陷和/或突起)并且提供獲得的背面214的形貌。

可以使用各種技術(shù)來粗糙化背面214并且形成紋理化特征。借由示例而非限制，可以通過化學(xué)刻蝕工藝和機(jī)械粗糙化工藝中的至少一個來處理背面214以增大第二元件200的背面214的表面粗糙度。在一些實施方式中，研磨工藝可以用于粗糙化背面214并且在背面214中或上形成包括凹陷和/或突起的紋理化特征。在一些實施方式中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝可以用于粗糙化背面214并且在背面214中或上形成包括凹陷和/或突起的紋理化特征。在其他實施方式中，化學(xué)刻蝕工藝可以用于粗糙化背面214并且在背面214中或上形成包括凹陷和/或突起的紋理化特征。這種化學(xué)刻蝕工藝可以采用濕法化學(xué)刻蝕劑和干法等離子體刻蝕劑中的一種或兩種。

在一些實施方式中，可以使用光刻掩模和刻蝕工藝來粗糙化背面214。在這樣的實施方式中，掩模層可以沉積在第二元件200的暴露的背面214上方并且選擇性地被圖案化以在期望刻蝕到背面214中的位置處穿過掩模層形成孔，以形成孔和/或突起。在形成了圖案化的掩模層之后，可以使用例如濕法刻蝕工藝或干法反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕通過圖案化掩模層所暴露的背面214的區(qū)域，從而以選擇在背面214處限定凹陷和/或突起的方式移除第二元件200的背面的區(qū)域。在第二元件200的背面214處限定的凹陷和/或突起的形狀可以至少部分地為在圖案化的掩模層中的孔的形狀以及用于通過圖案化的掩模層刻蝕第二元件200的刻蝕工藝的類型(例如各向同性或各向異性)的函數(shù)。在刻蝕工藝之后，可以移除圖案化的掩模層。這種掩模和刻蝕工藝可以用于在第二元件200的背面214上以預(yù)定和所選擇的尺寸以及在預(yù)定和所選擇的位置處形成凹陷和/或突起。

繼續(xù)參照圖4，本公開的方法可以進(jìn)一步包括形成第一電極402和第二電極404，響應(yīng)于照射在多結(jié)光伏電池400上的電磁輻射406的吸收而在兩個電極之間產(chǎn)生電壓。為了形成第一電極402，一個或多個導(dǎo)電材料可以提供在第二元件200的粗糙化的背面214上。例如，導(dǎo)電材料可以沉積或以其它方式設(shè)置在粗糙化的背面214上以在導(dǎo)電金屬和第二元件200之間提供歐姆接觸。第一電極402的導(dǎo)電金屬可以包括例如鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銀(Ag)、鉬(Mo)、或者包括一種或多種這樣的元素的合金或混合物。在一些實施方式中，導(dǎo)電金屬可以包括包括不同金屬組分的層的金屬的多層堆疊?？梢允褂没瘜W(xué)氣相沉積(CVD)工藝、物理氣相沉積(PVD)工藝、濺射工藝、無電電鍍沉積工藝、和電解電鍍沉積工藝中的一種或多種在背面214上沉積導(dǎo)電金屬。

如圖4中所示，可以完成第一電極402和第二電極404的制造。可選地，如果例如其導(dǎo)電金屬并不足夠厚以允許結(jié)構(gòu)的處理，導(dǎo)電襯底(未示出)(例如處理襯底)可以接合至第一電極402的導(dǎo)電金屬。導(dǎo)電襯底可以包括例如諸如鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銀(Ag)、鉬(Mo)的金屬，或者包括這些元素中的一種或更多種的合金或混合物。導(dǎo)電襯底可以使用例如如本文先前所描述的直接接合工藝而接合至第一電極402的導(dǎo)電金屬。可選地，可以在導(dǎo)電襯底的位于與第一電極402的導(dǎo)電金屬相反的(opposite)一側(cè)的表面之上沉積附加的接觸金屬層。在這些實施方式中，導(dǎo)電金屬、導(dǎo)電襯底、以及接觸金屬一起可以限定第一電極402。

繼續(xù)參照圖4，可以在第一元件100的與第一電極402相反的一側(cè)上在第一元件100之上(以及在任意可選的附加的層之上)制造第二電極404。第二電極404可以形成為非連續(xù)的以限定至少一個孔408，電磁輻射406可以穿過該至少一個孔并且進(jìn)入在多結(jié)光伏電池400內(nèi)的有源區(qū)(靠近p-n結(jié))?？蛇x地，可以形成抗反射(AR)涂層，至少在第二電極404中的任意孔408內(nèi)延伸在第一元件100之上。

本文所述的實施方式涉及兩個元件的彼此附接，然而，實施方式也可以包括包括兩個或更多個元件(例如三個、四個或五個分離的元件)的多種接合工藝。多種接合工藝可以用于形成相互疊置的多個子電池，使得多個子電池中的每一個適于在相對寬的太陽電磁輻射光譜的范圍上從電磁輻射吸收能量。

以下闡述本公開的實施方式的另外的非限定性示例。

實施方式1：一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟：在第一元件的主表面上形成至少基本上由第一III-V材料構(gòu)成的第一接合層；在第二元件的主表面上形成至少基本上由第二III-V材料構(gòu)成的第二接合層；用n-型摻雜劑摻雜第一接合層和第二接合層中的至少一個，并且選擇n-型摻雜劑以包括硒和碲中的至少一種；在第一元件和第二元件之間布置第一接合層和第二接合層；以及在設(shè)置于第一接合層和第二接合層之間的接合界面處將第一元件和第二元件彼此附接。

實施方式2：根據(jù)實施方式1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括選擇第一III-V材料以包括磷化銦材料。

實施方式3：根據(jù)實施方式1或?qū)嵤┓绞?所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括選擇第二III-V材料以包括砷化鎵材料和磷化銦鎵材料中的至少一個。

實施方式4：根據(jù)實施方式1至3中的任一項所述的方法，其中將第一元件和第二元件彼此附接包括直接接合工藝。

實施方式5：根據(jù)實施方式1至4中的任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以至少大約1.5×10¹⁹cm^-3的摻雜濃度摻雜第一接合層和第二接合層中的至少一個。

實施方式6：根據(jù)實施方式1至5中的任一項所述的方法，其中，形成第一接合層和第二接合層中的每一個進(jìn)一步包括外延生長第一接合層和第二接合層。

實施方式7：根據(jù)實施方式6所述的方法，其中外延生長第一接合層和第二接合層進(jìn)一步包括，外延生長具有小于5埃的原生的表面均方根(rms)粗糙度中的至少一個接合表面。

實施方式8：根據(jù)實施方式1至7中的任一項所述的方法，其中，用n-型摻雜劑摻雜第一接合層和第二接合層中的至少一個將第一接合層和第二接合層中的至少一個的吸收邊沿的波長減小至少大約兩百(200)納米。

實施方式9：根據(jù)實施方式1至8中的任一項所述的方法，進(jìn)一步包括選擇第一元件和第二元件中的至少一個以包括串聯(lián)太陽能電池。

實施方式10：根據(jù)實施方式1至9中的任一項所述的方法，進(jìn)一步包括假晶地外延生長第一接合層和第二接合層中的至少一個。

實施方式11：根據(jù)實施方式1至10中的任一項所述的方法，其中，形成第一接合層和形成第二接合層的每一個包括形成具有小于大約1mΩcm²的電阻的材料。

實施方式12：根據(jù)實施方式1至11中的任一項所述的方法，其中，形成第一接合層和形成第二接合層中的每一個包括形成對于在大約750nm到大約920nm之間的波長至少基本上透明的材料。

實施方式13：根據(jù)實施方式1至12中的任一項所述的方法，進(jìn)一步包括由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造多結(jié)光伏器件。

實施方式14：一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：第一接合層，所述第一接合層在第一元件的主表面上至少基本上由第一III-V材料構(gòu)成；第二接合層，所述第二接合層在第二元件的主表面上至少基本上由第二III-V材料構(gòu)成；其中，第一接合層和第二接合層設(shè)置在第一元件和第二元件之間；其中，第一接合層和第二接合層中的至少一個進(jìn)一步包括至少一個n-型摻雜劑，其中，至少一個n-型摻雜劑包括硒和碲中的至少一種；以及接合界面，所述接合界面設(shè)置在第一接合層和第二接合層之間。

實施方式15：根據(jù)實施方式14所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一III-V材料包括磷化銦材料。

實施方式16：根據(jù)實施方式14或?qū)嵤┓绞?5所述的結(jié)構(gòu)，其中，第二III-V材料包括砷化鎵材料和磷化銦鎵材料中的至少一種。

實施方式17：根據(jù)實施方式14至16中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，接合界面包括直接接合界面。

實施方式18：根據(jù)實施方式14至17中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一接合層和第二接合層中的至少一個包括至少大約1.5×10¹⁹cm^-3的摻雜劑濃度的至少一種摻雜劑。

實施方式19：根據(jù)實施方式14至18中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一接合層和第二接合層中的每一個包括外延生長的材料。

實施方式20：根據(jù)實施方式19所述的結(jié)構(gòu)，其中，外延生長的材料進(jìn)一步包括具有小于0.5納米的原生的表面均方根(rms)粗糙度的至少一個接合表面。

實施方式21：根據(jù)實施方式19或?qū)嵤┓绞?0所述的結(jié)構(gòu)，其中，外延生長的材料包括假晶材料。

實施方式22：根據(jù)實施方式14至21中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一接合層和第二接合層中的每一個包括大約兩百(200)納米或更小的吸收邊沿波長。

實施方式23：根據(jù)實施方式14至22中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一元件和第二元件中的至少一個包括串聯(lián)太陽能電池。

實施方式24：根據(jù)實施方式14至23中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一接合層和第二接合層的每一個包括具有小于大約1mΩcm^-2的電阻的材料。

實施方式25：根據(jù)實施方式14至24中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其中，第一接合層和第二接合層的每一個包括對于在大約750nm到大約920nm之間的波長至少基本上是透明的材料。

實施方式26：根據(jù)實施方式14至25中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在第一元件的表面之上的第一電極層以及在第二元件的表面之上的第二電極層。

如上所述的本公開的示例性實施方式并未限制本發(fā)明的范圍，因為這些實施方式僅是本發(fā)明的實施方式的示例，其由所附權(quán)利要求及其法律等同物的范圍限定。任何等同的實施方式旨在位于本發(fā)明的范圍內(nèi)。事實上，除了本文所示和所述的那些之外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本公開的各種修改(諸如所述元件的替代有用組合)從描述中將變得顯而易見。這樣的修改和實施方式也旨在落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。