CN105470115B - 一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，使用金属箔作为转移支撑衬底，有效减轻器件重量，提高重量比功率，同时具有柔性功能。使用金属键合方法，具有稳定且良好导电性的连接方式，采用真空蒸发的方式制备键合金属层，易于实现厚度控制且均一性好。采用石墨片作为缓冲垫片，可以有效改善键合质量，减少空洞，提高成品率。本发明应用金属键合工艺转移砷化镓外延层至金属柔性衬底。可实现轻便化，柔性化的技术特点。可扩展Ⅲ‑Ⅴ族外延产品的应用范围。

Description

一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体说，是一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法。
背景技术
金属有机化合物气相外延技术，简称MOCVD，是用氢气载气将金属有机化合物蒸汽和非金属氢化物经过多路开关送入反应室内加热的衬底上，通过分解反应而最终在其上生长出外延层的先进技术.它的生长过程涉及流体力学，汽相及固体表面反应动力学及二者相耦合的复杂过程。一般其外延生长是在热力学近平衡条件下进行的。
以砷化镓为衬底生长制备的Ⅲ-Ⅴ族外延结构是制作太阳能电池及LED的重要技术手段。其中，太阳能电池可生长为多结太阳电池。其效率远高于其他种类太阳电池。同时，由于砷化镓属于直接带隙半导体，只需要较薄的结构就可以实现所需的功能。目前，外延转移多使用单晶硅作为转移衬底使用。其缺点是厚度大，重量高，刚性易碎不可弯折且散热慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，能够使砷化镓外延器件实现减轻厚度及重量，柔性可弯折，良好散热的方法，使其具有更广泛的应用范围。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，包括以下步骤：
(1)蒸镀键合金属：将依次由砷化镓衬底、GaInP阻挡层和外延层构成的外延片和金属箔进行超声清洗，然后放入真空蒸发机台，在金属箔和外延片的外延面上依次蒸发Ti、Au，Ti、Au厚度分别为100-500nm,500-1000nm；将蒸度完成的外延片及金属箔蒸发面相对对齐，并用石墨片压紧备用；
(2)金属键合：将上述被石墨片夹紧的外延片及金属箔一起放入金属键合机中进行键合，工艺参数温度350-400℃，压强1-1.5MPa，时间0.5-2h；
(3)砷化镓衬底去除：将上述键合完成的外延片及金属箔取出，在金属箔一面贴上蓝膜或UV膜进行保护和支撑，放入腐蚀液中进行衬底腐蚀，腐蚀直至砷化镓衬底全部去除，表面露出完整的GaInP阻挡层为止；
(4)再用体积比1:1-2:1的浓盐酸与浓磷酸混合的腐蚀液去除GaInP阻挡层；然后用去离子水冲洗干净，使用氮气枪吹干即可。
所述步骤(1)超声清洗是指放入丙酮中超声清洗5分钟以上。
所述步骤(1)蒸发时真空度大于10-6Pa。
所述步骤(1)GaInP阻挡层的厚度为50-500nm。
所述步骤(1)所采用的金属箔厚度为≥0.008mm，其材质为不锈钢、铝、钛、铜、镍的纯金属或合金。
所述步骤(1)所采用Ti源纯度大于99.999％，Au源纯度大于99.999％。
所述步骤(1)石墨片厚度0.3mm-2mm。
所述步骤(3)贴膜次数为2-10层。
所述步骤(3)腐蚀液组成：体积比为质量百分比浓度98％的硫酸占5％-15％，质量百分比浓度30％的过氧化氢占50％-80％，其余为去离子水。
本发明的有益效果是：
1、本发明由于使用金属箔作为转移支撑衬底。可以有效减轻器件重量，提高重量比功率，同时具有柔性功能。此外金属具有更好的导热性以及导电性，对于在不同工作环境中保持器件性能有着积极作用。
2、本发明由于使用金属键合方法。可以提供一种稳定且具有良好导电性的连接方式。因采用真空蒸发的方式制备键合金属层，易于实现厚度控制且均一性好。
3、本发明由于采用了石墨片作为缓冲垫片。可以有效改善键合质量，减少空洞，提高成品率。
4、本发明应用金属键合工艺转移砷化镓外延层至金属柔性衬底。可实现轻便化，柔性化的技术特点。可扩展Ⅲ-Ⅴ族外延产品的应用范围。
附图说明
图1为本发明所需外延结构示意图；
图2为本发明键合时结构示意图；
图3为本发明外延转移后结构示意图。
1、外延层；2、GaInP阻挡层；3、砷化镓衬底；4、键合金属层；5、金属箔；6、石墨片
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1-3所示，本发明将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，具体方法如下：
1、蒸镀键合金属：
为实现衬底转移工艺，需在外延面及金属箔上同时采用真空蒸发的方式蒸镀键合金属层。蒸镀层金属依次为Ti、Au，厚度分别为100-500nm,500-1000nm。蒸发时真空度大于10-6Pa。
所采用的外延片结构需要在砷化镓衬底及外延层之间加入GaInP阻挡层，其厚度为50-500nm；
所采用的金属箔厚度为≥0.008mm，其材质可以为不锈钢、铝、钛、铜、镍等纯金属或合金；
所采用Ti源纯度大于99.999％，Au源纯度大于99.999％。
具体制造步骤如下：
⑴将满足要求的外延片及金属箔放如丙酮中超声清洗5分钟以上；
⑵将清洗完成的外延片及金属箔放入真空蒸发机台，在金属箔和外延面上依次蒸发Ti、Au，厚度分别为100-500nm,500-1000nm；
⑶将蒸度完成的外延片及金属箔蒸发面相对对齐，并用石墨片压紧备用。石墨片厚度0.3mm-2mm。
2、金属键合：
将上述被石墨片夹紧的外延片及金属箔一起放入金属键合机中进行键合。工艺参数温度350-400℃，压强1-1.5MPa，时间0.5-2h。
3、砷化镓衬底去除
将上述键合完成的外延片及金属箔取出。在金属箔一面贴上蓝膜或UV膜进行保护和支撑。贴膜次数为2-10层。将保护好的外延片放入腐蚀液中进行衬底腐蚀，去除砷化镓衬底。腐蚀液组成体积比为硫酸(质量百分比浓度98％)5％-15％，过氧化氢(质量百分比浓度30％)50％-80％，其余为去离子水。腐蚀直至砷化镓衬底全部去除，表面露出完整的GaInP为止。再用体积比1:1-2:1的浓盐酸及浓磷酸的腐蚀液去除GaInP阻挡层。然后用去离子水冲洗干净，使用氮气枪吹干即可。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (9)

1.一种将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)蒸镀键合金属：将依次由砷化镓衬底、GaInP阻挡层和外延层构成的外延片和金属箔进行超声清洗，然后放入真空蒸发机台，在金属箔和外延片的外延面上依次蒸发Ti、Au，Ti、Au厚度分别为100-500nm,500-1000nm；将蒸度完成的外延片及金属箔蒸发面相对对齐，并用石墨片压紧备用；
(2)金属键合：将上述被石墨片夹紧的外延片及金属箔一起放入金属键合机中进行键合，工艺参数温度350-400℃，压强1-1.5MPa，时间0.5-2h；
(3)砷化镓衬底去除：将上述键合完成的外延片及金属箔取出，在金属箔一面贴上蓝膜或UV膜进行保护和支撑，放入腐蚀液中进行砷化镓衬底腐蚀，腐蚀直至砷化镓衬底全部去除，表面露出完整的GaInP阻挡层为止；
(4)再用体积比1:1-2:1的浓盐酸与浓磷酸混合的腐蚀液去除GaInP阻挡层；然后用去离子水冲洗干净，使用氮气枪吹干即可。
2.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(1)超声清洗是指放入丙酮中超声清洗5分钟以上。
3.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(1)蒸发时真空度大于10-6Pa。
4.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(1)GaInP阻挡层的厚度为50-500nm。
5.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(1)所采用的金属箔厚度为≥0.008mm，其材质为不锈钢、铝、钛、铜、镍的纯金属或合金。
6.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(1)所采用Ti纯度大于99.999％，Au纯度大于99.999％。
7.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(1)石墨片厚度0.3mm-2mm。
8.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(3)贴膜次数为2-10次。
9.根据权利要求1所述的将砷化镓外延层转移至金属柔性衬底的方法，其特征在于，所述步骤(3)腐蚀液组成：体积比为质量百分比浓度98％的硫酸占5％-15％，质量百分比浓度30％的过氧化氢占50％-80％，其余为去离子水。
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