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1、(10)申请公布号 CN 104241205 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104241205 A (21)申请号 201410477241.5 (22)申请日 2014.09.18 H01L 23/00(2006.01) H01L 33/22(2010.01) H01L 31/0352(2006.01) H01L 31/0725(2012.01) (71)申请人 厦门乾照光电股份有限公司 地址 361000 福建省厦门市火炬高新 （翔安） 产业区翔天路 259-269 号 (72)发明人 林志伟 张永 陈凯轩 姜伟 蔡建九 吴洪清 李俊承 方天足 卓祥景 张银桥 黄尊祥。
2、 王向武 (74)专利代理机构 厦门市新华专利商标代理有 限公司 35203 代理人 李宁 (54) 发明名称 一种衬底可剥离的外延结构及其应用 (57) 摘要 本发明公开一种衬底可剥离的外延结构， 电 池外延结构或外延发光结构与衬底之间设置牺牲 层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组 成。本发明还公开一种具有衬底可剥离的太阳能 电池外延结构及一种具有衬底可剥离的发光二极 管外延结构。本发明可以提高外延层与衬底的剥 离速率， 同时有效解决剥离时外延层容易破损的 问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产。
3、权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104241205 A CN 104241205 A 1/1 页 2 1. 一种衬底可剥离的外延结构， 其特征在于 ： 电池外延结构或外延发光结构与衬底之 间设置牺牲层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成。 2. 如权利要求 1 所述的一种衬底可剥离的外延结构， 其特征在于 ： 所述的交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构， 其交替生长的对数为 3-8 对。 3.如权利要求1所述的一种衬底可剥离的外延结构， 其特征在于 ： AlInP层的单层厚度 范围 20-60nm。 4.如。
4、权利要求1所述的一种衬底可剥离的外延结构， 其特征在于 ： AlAs层的单层厚度 范围 40-150nm。 5. 如权利要求 1 所述的一种衬底可剥离的外延结构， 其特征在于 ： 交替生长的 AlInP/ AlAs 多层结构的第一层为 AlInP 层， 且与衬底相邻。 6. 如权利要求 1 所述的一种衬底可剥离的外延结构， 其特征在于 ： 交替生长的 AlInP/ AlAs 多层结构的最后一层为 AlInP 层， 且与外延结构相邻 ； 最后一层的 AlInP 层的厚度较 其它 AlInP 层厚。 7. 一种具有衬底可剥离的太阳能电池外延结构， 其特征在于 ： 电池外延结构与衬底之 间设置牺牲层。
5、， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成 ； 电池外延结构由下自上依 次设置欧姆接触层、 顶电池窗口层、 顶电池发射区、 顶电池基区、 顶电池 BSF 层、 中顶电池隧 穿结、 中电池窗口层、 中电池发射区、 中电池基区、 中电池 BSF 层、 中底电池隧穿结、 组分渐 变层、 底电池窗口层、 底电池发射区、 底电池基区及底电池 BSF 层组成， 且欧姆接触层与牺 牲层相邻。 8. 一种具有衬底可剥离的发光二极管外延结构， 其特征在于 ： 外延发光结构与衬底之 间设置牺牲层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成 ； 发光外延结构由下自上依 次设置的第一型导。
6、电层、 有源层及第二型导电层组成， 且第一型导电层与牺牲层相邻。 权 利 要 求 书 CN 104241205 A 2 1/4 页 3 一种衬底可剥离的外延结构及其应用 技术领域 0001 本发明涉及光电技术领域， 特别提供了一种衬底可剥离的外延结构及其应用。 背景技术 0002 光电技术领域的发展日新月异， 其中， 三结砷化镓太阳能电池的吸收范围覆盖太 阳光大部分波段， 是当前所有太阳能电池中转换效率最高。发光二极管 （LED） 由于其低功 耗、 尺寸小和可靠性高而作为主要的光源得到迅猛的发展。 0003 衬底剥离技术为太阳能电池、 发光二极管向薄膜化发展提供了必要技术支持。衬 底的重复性利。
7、用也降低了薄膜太阳能电池、 薄膜 LED 的制作成本， 且减少制作过程对环境 的污染和资源的浪费。因此， 采用有效的衬底剥离技术成为薄膜器件发展的重要技术。 0004 现有技术中， 通常在衬底与外延层之间设置牺牲层， 牺牲层采用 AlAs 单层膜， 由 于外延层与牺牲层接触面积小且无法有效释放外延层与牺牲层的连接力， 容易导致接触面 积内的外延层被拉扯力撕破， 为解决所述问题， 本案由此产生。 发明内容 0005 本发明的目的之一在于提供一种衬底可剥离的外延结构， 以提高外延层与衬底的 剥离速率， 且有效解决剥离时外延层容易破损的问题。 0006 本发明的目的之二在于提供一种具有衬底可剥离的太。
8、阳能电池外延结构。 0007 本发明的目的之三在于提供一种具有衬底可剥离的发光二极管外延结构。 0008 为达成上述目的， 本发明的解决方案为 ： 一种衬底可剥离的外延结构， 电池外延结构或外延发光结构与衬底之间设置牺牲层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成。 0009 进一步， 交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构， 其交替生长的对数为 3-8 对。采用 3 对以上能有效缓冲和释放剥离过程外延层与衬底产生的拉扯力， 且随着对数的增加有效缓 冲和释放的能力变得更有效。当对数超过 8 对后腐蚀蚀刻的速率下降明显。因此采用 3-8 对交替生长的 AlInP/AlAs 结。
9、构为最优选择。 0010 进一步， AlInP 层的单层厚度为 20-60nm。AlInP 层的主要作用是起到缓冲剥离过 程外延层与衬底产生的拉扯力， 但由于 AlInP 层蚀刻速率较 AlAs 层慢， 采用厚度不宜厚。 0011 进一步， AlAs 层的单层厚度为 40-150nm。在蚀刻 AlInP 层、 AlAs 层的速率不同， AlAs 层的厚度采用 40nm 以上， 蚀刻过程会逐渐产生 AlInP 层与之相邻的上、 下层 AlAs 层 都被蚀刻， 形成半悬空的 AlInP 层， 在多组交替生长的 AlInP/AlAs 牺牲层会产生不同区域 的 AlAs 层被相邻的两层 AlInP 层。
10、弯曲所合闭， 但另一层 AlAs 层相邻的两层 AlInP 层反而 是弯曲张开， 从而 AlAs 层一侧更多地接触腐蚀溶液。导致各层 AlAs 层及各区域的 AlAs 层 的蚀刻速率不同， 促进了整体蚀刻速率的提高。但 AlAs 层的厚度达到 150nm 以上时， 该效 应反而减弱， 蚀刻速率降低明显。 0012 进一步， 交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构的第一层为 AlInP 层， 且与衬底相邻。 说 明 书 CN 104241205 A 3 2/4 页 4 0013 进一步， 交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构的最后一层为 AlInP 层， 且与外延层相 邻。 0014 。
11、进一步， 交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构的最后一层为 AlInP 层的厚度较其它 AlInP 层厚。 0015 一种具有衬底可剥离的太阳能电池外延结构， 电池外延结构与衬底之间设置牺牲 层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成。 0016 进一步， 电池外延结构由下自上依次设置欧姆接触层、 顶电池窗口层、 顶电池发射 区、 顶电池基区、 顶电池 BSF 层、 中顶电池隧穿结、 中电池窗口层、 中电池发射区、 中电池基 区、 中电池 BSF 层、 中底电池隧穿结、 组分渐变层、 底电池窗口层、 底电池发射区、 底电池基 区及底电池 BSF 层， 欧姆接触层与牺牲层。
12、相邻。 0017 一种具有衬底可剥离的发光二极管外延结构， 外延发光结构与衬底之间设置牺牲 层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成。 0018 进一步， 外延发光结构由下自上依次设置第一型导电层、 有源层及第二型导电层， 第一型导电层与牺牲层相邻。 0019 一种高效的衬底剥离方法， 包括以下步骤 ： 步骤一， 外延发光结构与衬底之间设置牺牲层， 牺牲层由交替生长的 AlInP/AlAs 多层 结构组成 ； 步骤二， 采用化学腐蚀液蚀刻和剥离牺牲层。 0020 进一步， 所述化学腐蚀液配方为 ： 氢氟酸 3-5mol/L ； 柠檬酸 0.5-2mol /L ； 过氧化 氢。
13、 200-500g/L ； 水 500-800g/L。 0021 采用上述方案后， 本发明通过在衬底与外延结构之间设置用于腐蚀剥离的牺牲 层， 牺牲层采用交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构， 提高了外延层与衬底的剥离速率。由于 AlInP 层与 AlAs 层存在蚀刻速率不同， 使得腐蚀过程中 AlAs 层与 AlInP 层形成深、 浅交替 的弹簧状蚀刻形貌， 有效释放外延层与衬底分离所产生的拉扯力。 0022 解决现有技术牺牲层采用 AlAs 单层膜蚀刻到后期， 由于外延层与牺牲层接触面 积小， 且无法有效释放拉扯力， 从而容易导致接触面积内的外延层被撕破的问题。 附图说明 0023 。
14、图 1 为应用衬底可剥离的外延结构的太阳能电池结构示意图 ； 图 2 为应用衬底可剥离的外延结构的发光二极管结构示意图。 0024 标号说明 衬底 1 缓冲层 2 牺牲层 3 欧姆接触层 4 顶电池窗口层 5 顶电池发射区 6 顶电池基区 7 顶电池 BSF 层 8 中顶电池隧穿结 9 中电池窗口层 10 中电池发射区 11 中电池基区 12 中电池 BSF 层 13 中底电池隧穿结 14 组分渐变层 15 底电池窗口层 16 说 明 书 CN 104241205 A 4 3/4 页 5 底电池发射区 17 底电池基区 18 底电池 BSF 层 19 衬底 21 缓冲层 22 牺牲层 23 第。
15、一型导电层 24 有源层 25 第二型导电层 26。 具体实施方式 0025 以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。 0026 如图 1 所示， 本发明揭示的一种具有衬底可剥离的太阳能电池外延结构， 在衬底 1 表面由下自上依次外延缓冲层2、 牺牲层3、 欧姆接触层4、 顶电池窗口层5、 顶电池发射区6、 顶电池基区7、 顶电池BSF层8、 中顶电池隧穿结9、 中电池窗口层10、 中电池发射区11、 中电 池基区 12、 中电池 BSF 层 13、 中底电池隧穿结 14、 组分渐变层 15、 底电池窗口层 16、 底电池 发射区 17、 底电池基区 18 及底电池 BSF 层 19。 0。
16、027 其中衬底1采用4英寸的GaAs衬底， 厚度为400m。 缓冲层2的材料为GaAs三五 族化合物， 厚度为 500nm。 0028 牺牲层3由7组AlInP层和AlAs层交替构成， 且第一层和最后一层都为AlInP层。 AlInP 层厚度为 40nm， AlAs 层厚度为 100nm。 0029 欧姆接触层 4 材料为 GaAs 三五族化合物， 厚度为 200nm。 0030 顶电池窗口层 5 材料为 AlGaInP 三五族化合物， 顶电池窗口层 5 厚度为 30nm。 0031 电池发射区 6 和顶电池基区 7 材料采用 GaInP 三五族化合物， 顶电池发射区 6 厚 度为 650n。
17、m， 顶电池基区 7 厚度为 6m。 0032 顶电池 BSF 层 8 材料为 AlGaInP， 顶电池 BSF 层 8 厚度为 100nm。中顶隧穿结 9 材 料为 GaInP/AlGaAs， 中顶隧穿结 9 厚度为 50nm。 0033 中电池窗口层 10 材料为 AlGaAs 三五族化合物， 中电池窗口层 10 厚度为 100nm。 0034 中电池发射区 11 和中电池基区 12 材料采用 GaInAs 三五族化合物， 中电池发射区 11 的厚度为 100nm， 中电池基区 12 厚度为 6m。 0035 中电池 BSF 层 13 材料为 AlGaAs， 中电池 BSF 层 13 的厚。
18、度为 30nm。中底隧穿结 14 材料为 GaAs， 中底隧穿结 14 的厚度为 50nm。 0036 组分渐变层15由In组分渐变的GaInAs材料构成， 组分渐变层15的厚度为600nm。 0037 底电池窗口层 16 材料为 AlGaInAs 三五族化合物， 底电池窗口层 16 的厚度为 30nm。 0038 底电池发射区 17 和底电池基区 18 材料采用 GaInAs 三五族化合物， 底电池发射区 17 的厚度为 650nm， 底电池基区 18 的厚度为 3m。 0039 使用下述腐蚀溶液进行外延层和衬底 1 的剥离 ： 氢氟酸 4.5mol/L ； 柠檬酸 1mol / L ； 过。
19、氧化氢 500g/L ； 氧化氢 （水） 500g/L。使用所述腐蚀液腐蚀速度较快， 当然也可以使用 其它的腐蚀液。腐蚀液的温度控制在 45。腐蚀液环绕外延衬底的流速范围控制在 1.2m/ s。使用所述腐蚀液腐蚀速度较快， 当然也可以使用其它的腐蚀液。 0040 如图 2 所示， 本发明揭示的一种具有衬底可剥离的发光二极管外延结构， 在衬底 21 表面由下自上依次外延缓冲层 22、 牺牲层 23、 第一型导电层 24、 有源层 25 及第二型导电 说 明 书 CN 104241205 A 5 4/4 页 6 层 26， 其中， 牺牲层 23 由交替生长的 AlInP/AlAs 多层结构组成。 。
20、0041 其中， 衬底 21 采用 2 英寸的具有 n 型导电性的 GaAs 衬底， 厚度为 350m。缓冲层 22 的材料为 GaAs 三五族化合物， 厚度为 500nm。 0042 牺牲层 23 由 5 组 AlInP 层和 AlAs 层交替构成， 且第一层和最后一层都为 AlInP 层。AlInP 层厚度为 30nm， AlAs 层厚度为 70nm。 0043 第一型导电层 24 的材料为 (Al0.4Ga0.5)0.5In0.5P 三五族化合物， 采用厚度为 6m。 有源层 25 采用量子阱与量子垒交替生长的量子结构。量子阱的材料为 (Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P 三五族化。
21、合物， 厚度为 10nm。量子垒的材料为 (Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P 三五族化合物， 厚度为 18nm。量子阱和量子垒交叉的对数为 30 对。第二型导电层 26 的材料为 (Al0.4Ga0.5)0.5In0.5P 、 GaP 三五族化合物， 厚度为 5m。 0044 采用下述腐蚀溶液进行外延层和衬底的剥离。 氢氟酸2mol/L ； 柠檬酸0.5mol /L ； 过氧化氢 300g/L ； 氧化氢 （水） 700g/L。腐蚀液的温度控制在 30。腐蚀液环绕外延衬底 的流速范围控制在 2 m/s。 0045 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并非对本案设计的限制， 凡依本案的设计关 键所做的等同变化， 均落入本案的保护范围。 说 明 书 CN 104241205 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104241205 A 7 。