襯底可剝離外延結構、太陽能電池及發光二極管外延結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開襯底可剝離外延結構，電池外延結構或外延發光結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成。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構及一種具有襯底可剝離發光二極管外延結構。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】襯底可剝離外延結構、太陽能電池及發光二極管外延結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光電【技術領域】，特別提供了一種襯底可剝離外延結構、太陽能電池及發光二極管外延結構。
【背景技術】
[0002]光電【技術領域】的發展日新月異，其中，三結砷化鎵太陽能電池的吸收范圍覆蓋太陽光大部分波段，是當前所有太陽能電池中轉換效率最高。發光二極管(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展。
[0003]襯底剝離技術為太陽能電池、發光二極管向薄膜化發展提供了必要技術支持。襯底的重復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境的污染和資源的浪費。因此，采用有效的襯底剝離技術成為薄膜器件發展的重要技術。
[0004]現有技術中，通常在襯底與外延層之間設置犧牲層，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，容易導致接觸面積內的外延層被拉扯力撕破，為解決所述問題，本案由此產生。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的之一在于提供襯底可剝離外延結構，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構。
[0007]本實用新型的目的之三在于提供具有襯底可剝離發光二極管外延結構。
[0008]為達成上述目的，本實用新型的解決方案為:
[0009]襯底可剝離外延結構，電池外延結構或外延發光結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成。
[0010]進一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結構，其交替生長的對數為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生的拉扯力，且隨著對數的增加有效緩沖和釋放的能力變得更有效。當對數超過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結構為最優選擇。
[0011]進一步，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犧牲層會產生不同區域的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層一側更多地接觸腐蝕溶液。導致各層AlAs層及各區域的AlAs層的蝕刻速率不同，促進了整體蝕刻速率的提高。但AlAs層的厚度達到150nm以上時，該效應反而減弱，蝕刻速率降低明顯。
[0013]進一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結構的第一層為AlInP層，且與襯底相鄰。
[0014]進一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結構的最后一層為AlInP層，且與外延層相鄰。
[0015]進一步，交替生長的AlInP/AlAs多層結構的最后一層為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構，電池外延結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成。
[0017]進一步，電池外延結構由下自上依次設置歐姆接觸層、頂電池窗口層、頂電池發射區、頂電池基區、頂電池BSF層、中頂電池隧穿結、中電池窗口層、中電池發射區、中電池基區、中電池BSF層、中底電池隧穿結、組分漸變層、底電池窗口層、底電池發射區、底電池基區及底電池BSF層，歐姆接觸層與犧牲層相鄰。
[0018]襯底可剝離發光二極管外延結構，外延發光結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成。
[0019]進一步，外延發光結構由下自上依次設置第一型導電層、有源層及第二型導電層，第一型導電層與犧牲層相鄰。
[0020]一種高效的襯底剝離方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一，外延發光結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成；
[0022]步驟二，采用化學腐蝕液蝕刻和剝離犧牲層。
[0023]進一步，所述化學腐蝕液配方為: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構之間設置用于腐蝕剝離的犧牲層，犧牲層采用交替生長的AlInP/AlAs多層結構，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生的拉扯力。
[0025]解決現有技術犧牲層采用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，從而容易導致接觸面積內的外延層被撕破的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為應用襯底可剝離的外延結構的太陽能電池結構示意圖；
[0027]圖2為應用襯底可剝離的外延結構的發光二極管結構示意圖。
[0028]標號說明
[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頂電池發射區6
[0032]頂電池基區7頂電池BSF層8
[0033]中頂電池隧穿結9 中電池窗口層10
[0034]中電池發射區11中電池基區12
[0035]中電池BSF層13中底電池隧穿結14
[0036]組分漸變層15底電池窗口層16
[0037]底電池發射區17底電池基區18
[0038]底電池BSF層19
[0039]襯底21緩沖層22
[0040]犧牲層23第一型導電層24
[0041]有源層25第二型導電層26。
【具體實施方式】
[0042]以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做詳細描述。
[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構，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、頂電池發射區6、頂電池基區7、頂電池BSF層8、中頂電池隧穿結9、中電池窗口層10、中電池發射區11、中電池基區12、中電池BSF層13、中底電池隧穿結14、組分漸變層15、底電池窗口層16、底電池發射區17、底電池基區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]電池發射區6和頂電池基區7材料采用GaInP三五族化合物，頂電池發射區6厚度為650nm，頂電池基區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9材料為GalnP/AlGaAs，中頂隧穿結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]中電池發射區11和中電池基區12材料采用GaInAs三五族化合物，中電池發射區11的厚度為100nm，中電池基區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14材料為GaAs，中底隧穿結14的厚度為50nm。
[0053]組分漸變層15由In組分漸變的GaInAs材料構成，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]底電池發射區17和底電池基區18材料采用GaInAs三五族化合物，底電池發射區17的厚度為650nm，底電池基區18的厚度為3 μπι。
[0056]使用下述腐蝕溶液進行外延層和襯底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光二極管外延結構，在襯底21表面由下自上依次外延緩沖層22、犧牲層23、第一型導電層24、有源層25及第二型導電層26，其中，犧牲層23由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成。
[0058]其中，襯底21采用2英寸的具有η型導電性的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構。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為30對。第二型導電層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，并非對本案設計的限制，凡依本案的設計關鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【權利要求】
1.襯底可剝離外延結構，其特征在于:電池外延結構或外延發光結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成。
2.如權利要求1所述的襯底可剝離外延結構，其特征在于:所述的交替生長的AlInP/AlAs多層結構，其交替生長的對數為3-8對。
3.如權利要求1所述的襯底可剝離外延結構，其特征在于=AlInP層的單層厚度范圍20_60nmo
4.如權利要求1所述的襯底可剝離外延結構，其特征在于:AlAs層的單層厚度范圍40_150nm。
5.如權利要求1所述的襯底可剝離外延結構，其特征在于:交替生長的AlInP/AlAs多層結構的第一層為AlInP層，且與襯底相鄰。
6.如權利要求1所述的襯底可剝離外延結構，其特征在于:交替生長的AlInP/AlAs多層結構的最后一層為AlInP層，且與外延結構相鄰；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構，其特征在于:電池外延結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成；電池外延結構由下自上依次設置歐姆接觸層、頂電池窗口層、頂電池發射區、頂電池基區、頂電池BSF層、中頂電池隧穿結、中電池窗口層、中電池發射區、中電池基區、中電池BSF層、中底電池隧穿結、組分漸變層、底電池窗口層、底電池發射區、底電池基區及底電池BSF層組成，且歐姆接觸層與犧牲層相鄰。
8.襯底可剝離發光二極管外延結構，其特征在于:外延發光結構與襯底之間設置犧牲層，犧牲層由交替生長的AlInP/AlAs多層結構組成；發光外延結構由下自上依次設置的第一型導電層、有源層及第二型導電層組成，且第一型導電層與犧牲層相鄰。
【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 優先權日:2014年9月18日
【發明者】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