[發明專利]外延薄膜結構的激光剝離

在審

• 申請號: 201480064193.5
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN105765710A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: G·J·海耶斯;B·M·克萊門斯
• 申請（專利權）人: 小利蘭·斯坦福大學托管委員會
• 主分類號: H01L21/78
• 分類號: H01L21/78;H01L31/18;H01L33/00;H01L21/268
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

發明領域

本發明涉及從基底上去除外延層。

背景

常規的半導體器件制造通常需要在基底上制造薄膜器件。器件厚度典型地在1-10微米的數量級上，而基底厚度通常為500微米厚。因此，該基底的成本對半導體器件而言可能是重要因素。外延剝離工藝被認為緩解了這個問題，其中包括所制造的器件的薄材料層從該基底上去除，由此實現該基底的再利用。例如，可以在該器件層與該基底的其余部分之間布置犧牲層。用蝕刻劑來蝕刻此類犧牲層可以提供這些器件層的所希望的剝離，該蝕刻劑蝕刻該犧牲層但是不蝕刻該基底或器件層。然而，此類選擇性蝕刻在實踐中可能難以執行。相應地，本領域中提供改善的外延剝離會是一種進步。

概述

此文獻提供了用于外延剝離的新途徑。代替使用被選擇性地化學蝕刻掉的犧牲層，該犧牲層選擇性地吸收沒有被該結構的其他部分吸收的光。在此類光足夠強的照射下，該犧牲層被機械地削弱、熔化、和/或破壞，由此實現外延剝離。有待釋放的半導體區域的周界是通過側向圖案化來(部分地或完全地)限定的，并且有待釋放的部分在激光輻射之前還附著至支撐構件上。最終結果是半導體區域從其基底上去除并且附著至該支撐構件上。

該途徑可應用于所有半導體電子器件和光電器件，例如太陽能電池、發光二極管(LED)、和晶體管。優點包括材料成本更低并且處理時間更快。

這種技術使外延材料能夠與生長基底快速分離并且允許再使用該生長基底。

附圖簡要說明

圖1A-F示出了根據本發明實施例的示例性制造次序。

圖2A-C示出了可以如何限定釋放周界的若干個實例。

圖3示出了包括有一個或多個清潔層的實施例。

圖4示出了用于太陽能電池應用的優選實施例。

圖5是針對B部分的實驗的X射線衍射搖擺曲線。

圖6A-B示出了樣品在剝離前和剝離后的透射式電子顯微鏡(TEM)截面。

圖7示出了針對B部分的實驗所測量到的激光束輪廓。

圖8A-B示出了被釋放的器件層和基底在剝離之后的分離表面的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微圖。

詳細描述

本描述的A部分考慮了與本發明實施例相關的一般原理，并且B部分與實驗性實例相關。

A)一般原理

圖1A-F示出了根據本發明實施例的示例性制造次序。圖1A示出了起始點的基底102、犧牲層104、和包括一個或多個半導體器件層的器件區域106。圖1B和1C示出了將這些半導體器件層進行圖案化以便部分或完全地限定釋放周界108的結果。在這個實例中，該釋放周界被完全限定，如從圖1B的側視圖和圖1C的對應頂視圖中清楚可見。該釋放周界將這些半導體器件層的有待釋放的部分(即，106)與這些半導體器件層的其余部分(110)側向地分離。圖1D示出了被粘附至這些半導體層上的固體構件112(例如，膠帶)的布置結果。在圖1E中，向該結構提供一個或多個激光輻射脈沖114。這些激光輻射脈沖在犧牲層104中的吸收提供了這些半導體裝器件層106從基底102上的燒蝕釋放。在此燒蝕釋放被定義為該犧牲層的汽化，以便將這些器件層從基底上釋放開。這些激光能量脈沖相對于該基底和/或這些半導體器件層而言被該犧牲層選擇性地吸收。激光輻射114可以從上方或下方入射。圖1F示出了所得的分離的結構，其中器件區域106的被釋放部分被布置在固體構件112上并且基底102(未示出)可用于再使用。

在優選的實施例中，該基底包括砷化鎵，并且該犧牲層包括具有小于1.43eV的帶隙并且具有大約565pm的晶格常數的InGaAsN。

優選地，是使用單一激光輻射脈沖來提供這些半導體器件層從該基底的燒蝕釋放的。這些激光輻射脈沖所具有的能量密度(fluence)優選地在大約100mJ/cm²與大約6J/cm²之間。這些激光輻射脈沖所具有的持續時間優選地在大約0.1納秒與大約1微秒之間。該犧牲層的厚度優選地在大約1nm與大約1μm之間。

這些半導體器件層可以包括具有該基底組分的一個或多個層。以此方式，可以獲得X在X上的外延剝離。