CN105593974A - 通过外延剥离和剥落的组合的薄膜剥离 - Google Patents

通过外延剥离和剥落的组合的薄膜剥离 Download PDF

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Abstract

本公开内容大体涉及用于制造器件如电子和光电器件例如光伏器件的薄膜剥离方法。本文中所述的方法使用外延剥离和剥落技术的组合，以快速且精确地控制外延层从生长基底的分离。本文中提供的生长结构具有被设置于生长基底和牺牲层之间的牺牲层。本公开内容的示例性方法包括：在牺牲层中形成至少一个槽口，和通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层与生长基底分离。

Description

通过外延剥离和剥落的组合的薄膜剥离
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年8月26日提交的美国临时申请号61/870，062的优先权权益，所述申请通过引用以其整体并入本文中。
关于联邦政府资助研究的声明
在美国陆军研究实验室授予的合同号ARL-MASTW911NF-08-1-0004下，在美国政府支持下做出了本发明。政府在本发明中具有一定的权利。
共同研究协议
本公开内容的主题内容是通过代表和/或连同针对大学-公司联合研究协议的以下组织中的一方或多方而做出的：密歇根大学董事会和NanoflexPower公司。所述协议在作为所述协议范围内进行的活动而准备并且做出本公开的内容之日和之前有效。
技术领域
本公开内容大体涉及薄膜剥离工艺，所述工艺利用外延剥离(lift-off)和剥落(spalling)的组合。这些工艺可被用于制造电子和光电器件例如光伏器件。
背景技术
光电器件依赖于材料的光学和电子性质，进而以电子方式产生或探测电磁辐射，或由周围的电磁辐射生成电力。
光敏性光电器件将电磁辐射转化为电力。也称作光伏(PV)器件的太阳能电池是专门用于生成电力的一种光敏性光电器件。可由除太阳光外的光源生成电能的PV器件可被用于驱动耗电负载以提供例如光、热，或为电子电路或器件如计算器、收音机、计算机或远程监控或通讯设备供电。这些发电应用还常常涉及电池或其它储能器件的充电，使得当来自太阳或其它光源的直接照射不能获得时可以持续运行，或按照特定的电器要求来均衡PV器件的功率输出。如在本文中使用的，术语“阻性负载”是指任何的耗电或蓄电的电路、器件、设备或系统。
另一种类型的光敏性光电器件是光导体电池。在该功能中，信号检测电路监测器件的电阻以检测由于光吸收导致的变化。
另一种类型的光敏性光电器件是光检测器。在工作中，光检测器与电流检测电路一起使用，所述电流检测电路测量当所述光检测器暴露于电磁辐射时生成的电流且可具有施加的偏压。本文中描述的检测电路能够向光检测器提供偏压且测量光检测器对电磁辐射的电子响应。
根据是否存在如下限定的整流结以及根据器件是否利用也称作偏压或偏置电压的外部施加电压进行工作，可以表征这三种种类的光敏性光电器件。光导体电池不具有整流结且通常利用偏压工作。PV器件具有至少一个整流结且在没有偏压下工作。光检测器具有至少一个整流结且通常但不总是利用偏压进行工作。作为通用法则，光伏电池为电路、器件或设备提供电力，但不提供用于控制检测电路或针对来自检测电路的信息的输出的信号或电流。相反，光检测器或光导体提供用于控制检测电路或针对来自检测电路的信息的输出的信号或电流，但不为电路、器件或设备提供电力。
传统上，光敏性光电器件由一些无机半导体例如结晶的、多晶的和非晶质的硅、砷化镓、碲化镉和其它构成。本文中术语“半导体”表示当电荷载流子被热或电磁激发诱导时可导电的材料。术语“光导的”通常涉及其中电磁辐射能被吸收且由此转化为电荷载流子的激发能使得载流子可在材料中传导即传输电荷的过程。术语“光导体”和“光导材料”在本文中用于指由于其吸收电磁辐射以生成电荷载流子的性质而选择的半导体材料。
为了标准照明条件(即1000W/m2、AM1.5光谱照明的标准试验条件)下的最大电力生成，为了光电流乘以光电压的最大乘积，可以优化PV器件。这种电池在标准照明条件下的功率转换效率取决于以下三个参数：(1)零偏压下的电流即短路电流ISC，以安培计，(2)开路条件下的光电压即开路电压VOC，以伏特计，和(3)占空因数，FF。
PV器件在其跨越负载连接且被光照射时产生光生电流。当在无限负载下照射时，PV器件生成其最大的可能电压，V开路或VOC。当在其电接触短路的情况下照射时，PV器件生成其最大可能的电流，I短路或ISC。当实际用于发电时，PV器件被连接至有限阻性负载，且功率输出由电流和电压的乘积I×V给出。由PV器件生成的最大总功率固然不能超过乘积ISC×VOC。当对于最大功率提取优化负载值时，电流和电压分别具有值I最大和V最大。
PV器件的一个品质因数是占空因数FF，其定义为：
FF＝{I最大V最大}/{ISCVOC}(1)
其中FF总是小于1，是因为在实际应用中根本不会同时获得ISC和VOC。然而，随着FF接近1，器件具有更小的串联或内部电阻且因此在最佳条件下向负载输送更大百分比的ISC和VOC的乘积。P入射是入射在器件上的功率，器件的功率效率ηP可由如下计算：
ηP＝FF*(ISC*VOC)/Pinc
为了产生占据半导体大量体积的内生电场，常用方法是并置两层具有适当选择的导电性质的材料，尤其是关于其分子量子能态的分布具有适当选择的导电性质的材料。这两种材料的界面被称为光伏结。在传统半导体理论中，用于形成PV结的材料可被制成是其是n型或p型。在此n型表示多数载流子型是电子。这应该被视为是具有许多处于相对自由能态的电子的材料。在此p型表示多数载流子型是空穴。这种材料具有许多处于相对自由能态的空穴。背景类型即非光生的多数载流子浓度主要取决于缺陷或杂质的有意或无意的掺杂。杂质的类型和浓度决定在导带最小能量和价带最大能量之间的缝隙内的费米能量的值或水平。费米能量表征了分子量子能态的统计占据情况，所述分子量子能态由占据概率等于1/2的能量值表示。接近导带最小能量的费米能量表示电子是主要载流子。接近价带最大能量的费米能量表示空穴是主要载流子。因此，费米能量是传统半导体的主要表征性质，并且原型PV结构传统上是p-n结。
术语“整流”尤其表示界面具有不对称的传导特性，即界面支持优选在一个方向上的电子电荷传输。整流通常与在合适选材之间的结处发生的内建电场相关。
常规无机半导体PV电池采用p-n结来建立内场。高效PV器件通常在昂贵的单晶生长基底上制造。这些生长基底可包括单晶晶片，所述单晶晶片可被用于针对外延层如有源层的外延生长制造完美晶格和结构支撑体。这些外延层可在其原始生长基底完整的情况下一体化到PV器件中。或者，可将这些外延层移除并与主体基底重组。
在一些情况下，可能期望将外延层转移至表现出期望的光学、机械或热性质的主体基底。例如，可在硅(Si)基底上生长砷化镓(GaAs)的外延层。然而，所得材料的电子品质对于特定的电子应用可能不足。因此，可能期望保留晶格匹配外延层的高材料品质，同时允许将这些外延层与其它基底一体化。这可通过称为外延剥离的方法实现。在外延剥离工艺中，外延层可能是“剥离的”生长基底并与新的主体基底重组(例如接合或粘附)。
尽管它们可能提供理想的外延生长特性，但是典型的生长基底可以是厚的并产生过重的重量，并且所得器件倾向于脆弱且需要大体积的支撑系统。外延剥离是将外延层从其生长基底转移至更有效、轻质和柔性主体基底的理想方法。
特别地，外延剥离通过选择性蚀刻牺牲层而能够将外延层从生长基底分离。可在牺牲层处精确地控制剥离界面。然而，外延剥离可以是缓慢的过程，通常需要几小时或甚至几天来完成。因此，需要引入快速且精确控制的新的薄膜剥离方法。
发明内容
本公开内容通过将外延剥离与剥落相结合而达成了这一需要。剥落是利用由应力层辅助的裂纹扩展的快速剥离过程。应力层包括基底中的应力，并且感生的应力在与基底和薄膜层之间的界面平行的方向上引导裂纹。然而，单有剥落会遭受诸如不能精确控制开裂界面的缺点。例如，在剥落期间，开裂位置处的偏差可以是微米级。本公开内容的发明方法将外延剥离和剥落技术结合以用于快速和精确控制的薄膜剥离过程，从而在牺牲层处控制裂纹扩展，导致控制的开裂界面。
如在本文中公开的，一种用于从生长基底分离外延层的方法包括：提供包含生长基底、牺牲层和外延层的生长结构，其中所述牺牲层被设置于所述生长基底和所述外延层之间，在牺牲层中蚀刻至少一个槽口，以及通过在所述至少一个槽口的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层从生长基底分离。
还公开了一种将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：在生长基底之上沉积牺牲层以及在牺牲层之上沉积外延层，其中所述生长基底、牺牲层和外延层是生长结构的至少一部分，在牺牲层中蚀刻至少一个槽口，并且通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层与生长基底分离。
还公开了一种将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：提供包含生长基底、牺牲层和外延层的生长结构，其中所述牺牲层被设置于所述生长基底和所述外延层之间，在外延层之上沉积一个拉伸应力源层，以及向牺牲层中蚀刻至少一个槽口。
此外，公开了一种将外延层从生长基底分离的方法，该方法包括：提供包含生长基底、牺牲层、外延层和一个或多个应变层的生长结构，其中所述牺牲层和所述一个或多个应变层被设置于所述生长基底和所述外延层之间，以及通过在所述牺牲层处的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层与生长基底分离。
附图被并入说明书中，并构成了该说明书的一部分。
附图说明
图1示出了根据本公开内容的将外延层从生长基底分离的示例性过程。
图2A、2B和2C示出了根据本公开内容的包括一个或多个应变层的生长结构的图示。
具体实施方式
如在本文中使用的，术语“III-V族材料”可被用于指包含来自元素周期表的第IIIA族和第VA族的元素的化合物晶体。更具体地，术语“III-V族材料”可在本文中用于指如下的化合物，所述化合物是镓(Ga)、铟(In)和铝(Al)的组与砷(As)、磷(P)、氮(N)和锑(Sb)的组的组合。
应指出，III-V族化合物在本文中以缩写形式命名。两组分材料被认为是约1:1摩尔比的第III族:第V族化合物。在三组分或更多组分的体系(例如InGaAlAsP)中，第III族物质(即In、Ga和Al)的总和约为1，且第V族组分(即As和P)的总和约为1，因此第III族对第V族的比率大致一致。
III-V族化合物的名称被认为是按实现晶格匹配或晶格失配(应变)所需的计量比，如由上下文所推断的。此外，名称可在一定程度上调换。例如，AlGaAs和GaAlAs是相同的材料。
如在本文中使用的，术语“层”指的是光敏性器件的元件或部件，该光敏性期间的主要维度为X-Y即沿着其长度和宽度，且通常与照明的入射面相垂直。应理解，术语“层”不一定限制为材料的单层或片。层可包含材料的若干片的层压体或组合。此外，应理解某些层的表面，包括这种层与其它的一种或多种材料或一个或多个层的一个或多个界面，可能是有缺点的，其中所述表面表示与其它一种或多种材料或一个或多个层的贯穿的、缠住的或倒转的网络。相似地，还应理解层可以是不连续的，因而所述层沿X-Y维度的连续性可能被其它的一个或多个层或一种或多种材料中断或另外间断。
当第一层被描述为被设置或沉积在第二层“之上”或“上方”时，该第一层被布置为更加远离结构的基底。除非指定该第一层被设置或沉积“在”第二层“上面”或与第二层“物理接触”，否则可能在第一层与第二层之间存在其它层。例如，牺牲层可被描述为沉积在生长基底“之上”或“上方”，即使可能在其间有各种层。相似地，当第一层被描述为被设置或沉积在第二层和第三层“之间”时，除非指定该第一层被设置或沉积“在”第二和/或第三层“上面”或与第二和/或第三层“物理接触”，否则在第一层和第二层和/或第一层和第三层之间可能有其它层。
如在本文中使用的，“拉伸应力源层”是有拉伸应力的或可变得有拉伸应力的层。
如在本文中使用的，“拉伸应力”或“拉伸应变”意味着材料或层处于与基底平行的拉伸下。
如在本文中使用的，“压缩应变”意味着材料或层处于与基底平行的压缩下。
如在本文中使用的，术语“剥落”意味着裂成更小的片。例如，如在本文中描述的“剥落生长结构”导致外延层从生长基底的分离。
在本公开内容的一方面，一种用于将外延层从生长基底分离的方法包括：提供包含生长基底、牺牲层、外延层的生长结构，其中牺牲层被设置于生长基底和外延层之间，在牺牲层中蚀刻至少一个槽口，以及通过所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层与生长基底分离。
图1示出了根据本公开内容的将外延层从生长基底分离的方法的实例。在步骤1中，提供了具有生长基底、牺牲层和外延层的生长结构。生长基底可包含许多材料，所述材料包括单晶晶片材料。在一些实施方式中，生长基底是单晶晶片。在一些实施方式中，生长基底可包含选自如下的材料：锗(Ge)、Si、GaAs、InP、GaP、GaN、GaSb、AlN、SiC、CdTe、蓝宝石及其组合。在一些实施方式中，生长基底包含GaAs。在一些实施方式中，生长基底包含InP。在一些实施方式中，可掺杂包含生长基底的材料。合适的掺杂剂可包括但不限于锌(Zn)、Mg(和其它的第IIA族化合物)、Zn、Cd、Hg、C、Si、Ge、Sn、O、S、Se、Te、Fe和Cr。例如，生长基底可包含掺杂有Zn和/或S的InP。除非另有指出，否则应理解对包含例如InP的层的指代涵盖了以其未掺杂的或掺杂的(例如p-InP，n-InP)形式的InP。合适的掺杂剂选择可取决于例如基底的半绝缘性质，或其中存在的任何缺陷。
生长结构的外延层指的是任何有源层或有源层的集合。外延层可包括例如任何可期望用于光敏器件如光伏器件的活性材料。因此，在一些实施方式中，外延层可被视为“器件区域”。在一些实施方式中，外延层至少包含一种III-V族材料。
生长结构的牺牲层通过ELO和剥落技术的组合而用作释放层。牺牲层可以相对于外延层是晶格匹配或失配的。牺牲层可被选择为具有相对于外延层和/或生长基底的高蚀刻选择性，使得可以在牺牲层中蚀刻至少一个槽口，同时将外延层和/或生长基底的蚀刻最小化或消除。在一些实施方式中，牺牲层包含III-V族材料。在一些实施方式中，III-V族材料选自AlAs、AlInP和AlGaInP。在某些实施方式中，牺牲层包含AlAs。在一些实施方式中，牺牲层的厚度范围为约2nm至约200nm，例如约4nm至约100nm，约4nm至约80nm，或约4nm至约25nm。
生长结构可还包含一个或多个被设置于生长基底和外延层之间的应变层。在一些实施方式中，所述一个或多个应变层被设置于生长基底和牺牲层之间。在一些实施方式中，所述一个或多个应变层被设置于牺牲层和外延层之间。包括一个或多个应变层的非限制的示例性实施方式示于图2中。图2A示出了包含被设置于牺牲层和外延层之间的应变层的生长结构。在图2B中，应变层被设置在生长基底和牺牲层之间。在图2C中，第一应变层被设置在生长基底和牺牲层之间，第二应变层被设置在牺牲层和外延层之间。所述一个或多个应变层可相对于牺牲层是晶格失配的。在一些实施方式中，所述一个或多个应变层与牺牲层物理接触。
在一些实施方式中，所述一个或多个应变层是独立地拉伸或压缩应变的。在某些实施方式中，所述一个或多个应变层是压缩应变的。在其它实施方式中，所述一个或多个应变层是拉伸应变的。
在一些实施方式中，例如在图2A中，当生长结构包含被设置于牺牲层和外延层之间的应变层时，应变层是拉伸应变的。在一些实施方式中，例如在图2B中，当生长结构包含被设置于生长基底和牺牲层之间的应变层时，应变层是压缩应变的。在一些实施方式中，例如在图2C中，当第一应变层被设置于生长基底和牺牲层之间且第二应变层被设置于牺牲层和外延层之间时，第一应变层是压缩应变的且第二应变层是拉伸应变的。
在一些实施方式中，所述一个或多个应变层可独立地包含一种或多种III-V族材料。合适的III-V族材料包括但不限于InP、InGaAs、AlInP、GaInP、InAs、InSb、GaP、AlP、GaSb、AlSb和GaAs。
生长结构可还包含一个或多个缓冲层，或一个或多个保护层。保护层可被设置于生长基底和牺牲层之间和/或牺牲层与外延层之间。这些层用于在外延剥离和剥落技术期间保护生长基底和/或外延层，从而允许生长基底的连续再使用。美国专利号8,378,385和美国专利公开号US2013/0043214由于其缓冲和保护层方案的公开内容而通过引用被并入本文中。
用于制备生长结构的合适沉积方法包括但不限于气源分子束外延、MOCVD(金属有机化学气相沉积)、MOVPE(金属有机气相外延)、HVPE(氢化物气相外延)、固体源MBE和化学束外延。
如在图1的步骤2中所示，在牺牲层中形成了至少一个槽口。在步骤2中示出的所述至少一个槽口仅是示例性的。根据本公开内容，所述至少一个槽口能够集中在生长结构中感生的拉伸应力，以将外延层从生长基底分离。通过蚀刻牺牲层可形成所述至少一个槽口。在一些实施方式中，用蚀刻剂来湿法蚀刻牺牲层，以形成所述至少一个槽口。一个非限制性技术是将生长结构浸泡或浸没在蚀刻剂中。在一些实施方式中，用蚀刻剂气相蚀刻牺牲层以形成所述至少一个槽口。
可选择蚀刻剂以选择性地蚀刻牺牲层。例如，牺牲层对外延层和/或生长基底的蚀刻选择性可为至少约102:1，例如至少约103:1、104:1、105:1、106:1或107:1。在一些实施方式中，蚀刻剂包含HF。应指出，根据本公开内容，不对牺牲层整体蚀刻来使外延层从生长基底释放。而是仅部分蚀刻牺牲层以形成至少一个槽口。
在图1的步骤3中，通过所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层与生长基底分离。可根据现有技术已知的技术进行剥落。在一些实施方式中，如在图中所示，剥落步骤包括在外延层之上沉积拉伸应力源层。在一些实施方式中，拉伸应力源层与外延层物理接触。在一些实施方式中，在外延层与拉伸应力源层之间布置附加的层或多个层。例如，拉伸应力源层可被沉积在外延层之上的手柄之上和/或上面。在一些实施方式中，拉伸应力源层包含选自金属和聚合物的材料。合适的金属包括但不限于Ni、Ir、Cr、Fe、W及其合金例如NiFe。可使用其它金属。热膨胀系数(CET)与一个或多个下覆层失配的聚四氟乙烯、聚酰亚胺和其它聚合物是可用作拉伸应力源层的聚合物的实例。可以根据本领域现有的用于沉积这些材料的技术，例如浸涂、旋涂、溅射、化学气相沉积、物理气相沉积、镀敷等，来沉积拉伸应力源层。“沉积”拉伸应力源层还包括将应力源层固定到生长结构的其它技术，例如粘附(例如，如果使用感生拉伸应力的聚合带时)。
拉伸应力源层可以是在沉积时有拉伸应力的，从而在生长结构中感生应力。合适的沉积技术包括但不限于通过溅射和电镀的物理气相沉积。根据本领域已知的技术例如通过控制工艺参数，可控制拉伸应力的程度。例如，通过控制溅射期间的压力，或通过控制电镀期间的施加电流，可控制应力的程度。在一些实施方式中，应力的程度可在约100MPa至约10GPa的范围内。在一些实施方式中，拉伸应力源层具有约0.1μm至约50μm范围内的厚度。
由于蚀刻步骤，应力集中在牺牲层中的所述至少一个槽口处。如果应力在附近的生长结构系统的环境下足够大，则将通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展启动生长结构的剥落，从而将外延层从生长基底分离，如在步骤3(继续)中所示的。
牺牲层中的所述至少一个槽口有助于通过集中在所述至少一个槽口处的应力来控制剥落界面。还可以对拉伸应力源层中的应力程度和应力源层的厚度进行优化来控制在牺牲层处的剥落界面。例如，外延层的厚度可影响拉伸应力源层中的期望的应力程度。这些技术被用于使剥离时间最小化和制造光滑的剥离界面。
在一些实施方式中，进行附加处理以增加拉伸应力源层的拉伸应力以启动或促进剥落。例如，如在图1的任选步骤4中所示，在一些实施方式中，剥落步骤还包括加热拉伸应力源层，冷却拉伸应力源层，或其组合。在这些实施方式的一些中，对拉伸应力源层进行选择以具有与一个或多个下覆层的热膨胀系数(CTE)(更小)不同的CTE(更大)，使得温度变化将使应力源层有拉伸应力。用于感生温度变化的一个非限制性技术是对生长结构和拉伸应力源层进行退火(拉伸应力源层粘附至生长结构)。退火之后可进行冷却以感生拉伸应力。用于感生温度变化的另一个非限制性技术是例如通过将生长结构和拉伸应力源层浸没在液氮中或将生长结构和拉伸应力源层放置在干冰的表面上来冷却生长结构和拉伸应力源层。
在一些实施方式中，剥落步骤还包括在拉伸应力源层之上设置手柄和使用该手柄启动或促进裂纹扩展。在其中拉伸应力源层足够厚的实施方式中，拉伸应力源层可被用作手柄来启动或促进裂纹扩展。
在一些实施方式中，拉伸应力源层在其沉积时没有拉伸应力，需要附加处理以感生拉伸应力和启动剥落。根据上述技术可感生拉伸应力。例如，剥落步骤可还包括加热拉伸应力源层、冷却拉伸应力源层、或其组合。如还在以上讨论的，可对拉伸应力源层进行选择以具有与一个或多个下覆层的热膨胀系数(CTE)不同的CTE，使得温度变化将使应力源层有拉伸应力。
在其中生长基底包含一个或多个应变层的实施方式中，如在本文中使用的，所述一个或多个应变层可加速和控制剥落过程。例如，所述一个或多个应变层可在牺牲层上感生应变以机械地削弱牺牲层，这可加速和控制在牺牲层的所述至少一个槽口处的裂纹扩展。所述一个或多个应变层可还用作一个或多个保护层以在蚀刻和剥落步骤期间保护生长基底和/或外延层。
如果生长结构的牺牲层在机械性上较弱，则本公开内容的方法可不包括蚀刻步骤。机械性弱的牺牲层用于控制和引导在牺牲层处的剥落。如本文中所述的，牺牲层可以是有应变的，或生长结构可包含一个或多个应变层，以在牺牲层上感生应变。在一些实施方式中，牺牲层相对于外延层晶格失配的。在一些实施方式中，所述一个或多个应变层相对于牺牲层晶格失配的。
本公开内容还包括一种用于将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：在生长基底之上沉积牺牲层，以及在牺牲层之上沉积外延层，其中生长基底、牺牲层和外延层是生长结构的至少一部分，在牺牲层中蚀刻至少一个槽口，以及通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落生长结构，以将外延层从生长基底相分离。
使用例如上文描述的用于制备生长结构的沉积技术，可在生长基底之上沉积牺牲层和外延层。
附加层例如缓冲层和/或保护层可还沉积为生长结构的一部分。
如上所述和如图1中所示，可实施蚀刻和剥落步骤。
在一些实施方式中，所述方法还包括在生长基底和外延层之间沉积如上所述的一个或多个应变层。在一些实施方式中，沉积一个或多个应变层的步骤包括在沉积外延层之前在牺牲层之上沉积应变层。在一些实施方式中，沉积一个或多个应变层的步骤包括在沉积牺牲层之前在生长基底之上沉积应变层。在一些实施方式中，沉积一个或多个应变层的步骤包括在沉积牺牲层之前在生长基底之上沉积第一应变成，和在沉积外延层之前在牺牲层之上沉积第二应变层。
在本公开内容的第二方面，一种用于将外延层从生长基底分离的方法包括：提供包含生长基底、牺牲层和外延层的生长结构，其中所述牺牲层被设置于所述生长基底和外延层之间，如上所述在外延层之上沉积拉伸应力源层，并且如上所述在牺牲层中蚀刻至少一个槽口。本公开内容的该方面与图1中所示的方法相似，不同之处在于，在牺牲层中蚀刻至少一个槽口之前沉积拉伸应力源层。
为了提供生长结构，可使用例如上述沉积技术，在生长基底之上沉积牺牲层和外延层。生长结构可还包括如上所述的附加层。
如上所述，拉伸应力层在其沉积时可以有或可以没有拉伸应力。根据上述的和本领域已知的技术可以在拉伸应力源层中感生拉伸应力或附加拉伸应力。在一些实施方式中，拉伸应力层有足够的拉伸应力，使得在进行蚀刻步骤时，生长结构通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展而剥落，从而将外延层从生长基底分离。
在一些实施方式中，所述方法还包括根据上述用于在拉伸应力源层中感生应力的任何技术，通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展剥落生长结构以将外延层从生长基底分离。例如，剥落步骤可包括在拉伸应力层上设置手柄和使用手柄启动裂纹扩展。如上所述，剥落步骤可包括加热拉伸应力源层、冷却拉伸应力源层、或其组合，特别对于使用失配CTE的实施方式如此。
生长结构可还包含如上所述的一个或多个应变层。
应理解，本文中描述的实施方式可与多种结构一起使用。也可包括没有具体说明的附加层。可使用所具体描述的材料以外的材料。本文中为各种层给出的名称不旨在严格地限制。
除非另有指出，否则在本说明书的权利要求书中使用的表达成分的量、反应条件、分析测量等的全部数字要理解为在全部情况下被术语“约”修饰。相应地，除非相反地指出，否则在本说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是可根据由本公开内容寻求获得的期望性质改变的近似值。起码且不试图将本申请的等价条款限制在权利要求书的范围，应鉴于有效数字位数和常用舍入方法来解释各个数值参数。

Claims (48)

1.一种用于将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：
提供包含生长基底、牺牲层和外延层的生长结构，其中，所述牺牲层被设置于所述生长基底和所述外延层之间；
在所述牺牲层中蚀刻至少一个槽口；以及
通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落所述生长结构，以将所述外延层从所述生长基底分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过湿法蚀刻进行所述蚀刻步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述剥落步骤包括在所述外延层之上沉积拉伸应力源层。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述拉伸应力源层包含选自金属或聚合物的材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述材料是选自Ni、Ir、Cr、Fe、W及其合金的金属。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，使所述拉伸应力源层在沉积时有拉伸应力。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述剥落步骤还包括在所述拉伸应力源层之上设置手柄以及利用所述手柄来启动所述裂纹扩展。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述剥落步骤还包括加热所述拉伸应力源层、冷却所述拉伸应力源层、或其组合。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述剥落步骤还包括加热所述拉伸应力源层、冷却所述拉伸应力源层、或其组合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生长结构还包含被设置于所述生长基底和所述外延层之间的一个或多个应变层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个应变层独立地展示压缩应变或拉伸应变。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个应变层独立地包含一种或多种III-V族材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一个或多个应变层相对于所述牺牲层是晶格失配的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述III-V族材料选自InP、InGaAs、AlInP、GaInP、InAs、InSb、GaP、AlP、GaSb、AlSb和GaAs。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个应变层包含被设置于所述生长基底和所述牺牲层之间的第一应变层、以及被设置于所述牺牲层和所述外延层之间的第二应变层。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生长基底包含单晶晶片材料。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生长基底包含选自如下的材料：Ge、Si、GaAs、InP、GaP、GaN、GaSb、AlN、SiC、CdTe、蓝宝石及其组合。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牺牲层包含AlAs。
19.一种用于将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：
在生长基底之上沉积牺牲层以及在所述牺牲层之上沉积外延层，其中，所述生长基底、所述牺牲层和所述外延层是生长结构的至少一部分；
在所述牺牲层中蚀刻至少一个槽口；以及
通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落所述生长结构，以将所述外延层从所述生长基底分离。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，通过湿法蚀刻来进行所述蚀刻步骤。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述剥落步骤包括在所述外延层之上沉积拉伸应力源层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述剥落步骤还包括加热所述拉伸应力源层、冷却所述拉伸应力源层、或其组合。
23.根据权利要求19所述的方法，还包括在所述生长基底和所述外延层之间沉积一个或多个应变层。
24.一种用于将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：
提供包含生长基底、牺牲层和外延层的生长结构，其中，所述牺牲层被设置于所述生长基底和所述外延层之间；
在所述外延层之上沉积拉伸应力源层；以及
向所述牺牲层中蚀刻至少一个槽口。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，通过湿法蚀刻进行所述蚀刻步骤。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述拉伸应力源层包含选自金属和聚合物的材料。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述材料为选自Ni、Ir、Cr、Fe、W及其合金的金属。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，使所述拉伸应力源层有足够的拉伸应力，以使得在进行所述蚀刻步骤时，通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落所述生长结构，以将所述外延层从所述生长基底分离。
29.根据权利要求24所述的方法，还包括通过在所述至少一个槽口处的裂纹扩展来剥落所述生长结构，以将所述外延层从所述生长基底分离。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述剥落步骤包括在所述拉伸应力源层之上设置手柄以及利用所述手柄来启动所述裂纹扩展。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述剥落步骤包括加热所述拉伸应力源层、冷却所述拉伸应力源层、或其组合。
32.根据权利要求24所述的方法，其中，所述生长结构还包含被设置于所述生长基底和所述外延层之间的一个或多个应变层。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述一个或多个应变层独立地包含一种或多种III-V族材料。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述一个或多个应变层相对于所述牺牲层是晶格失配的。
35.一种用于将外延层从生长基底分离的方法，所述方法包括：
提供包含生长基底、牺牲层、外延层和一个或多个应变层的生长结构，其中，所述牺牲层和所述一个或多个应变层被设置于所述生长基底和所述外延层之间；以及
通过在所述牺牲层处的裂纹扩展来剥落所述生长结构，以将所述外延层从所述生长基底分离。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述一个或多个应变层被设置于所述生长基底和所述牺牲层之间。
37.根据权利要求35所述的方法，其中，所述一个或多个应变层被设置于所述牺牲层和所述外延层之间。
38.根据权利要求35所述的方法，其中，所述一个或多个应变层独立地展示压缩应变或拉伸应变。
39.根据权利要求35所述的方法，其中，所述一个或多个应变层独立地包含一种或多种III-V族材料。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述一个或多个应变层相对于所述牺牲层是晶格失配的。
41.根据权利要求39所述的方法，其中，所述III-V族材料选自InP、InGaAs、AlInP、GaInP、InAs、InSb、GaP、AlP、GaSb、AlSb和GaAs。
42.根据权利要求35所述的方法，其中，所述一个或多个应变层包含被设置于所述生长基底和所述牺牲层之间的第一应变层、以及被设置于所述牺牲层和所述外延层之间的第二应变层。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述第一应变层是压缩应变的，并且所述第二应变层是拉伸应变的。
44.根据权利要求35所述的方法，其中，所述剥落步骤包含在所述外延层之上沉积拉伸应力源层。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述拉伸应力源层包含选自金属和聚合物的材料。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述材料是选自Ni、Ir、Cr、Fe、W及其合金的金属。
47.根据权利要求44所述的方法，其中，所述剥落步骤还包括在所述拉伸应力源层之上设置手柄以及利用所述手柄来启动所述裂纹扩展。
48.根据权利要求44所述的方法，其中，所述剥落步骤还包括加热所述拉伸应力源层、冷却所述拉伸应力源层、或其组合。
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