CN106373867A - 一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,在有机柔性衬底和外延衬底上分别涂覆有机粘结剂;有机柔性衬底为有机薄膜,外延衬底为砷化镓衬底,砷化镓衬底与外延层之间加入GaInP阻挡层构成外延片,被两块石墨片夹紧的外延片及有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧密贴附工艺;将贴附完成的外延片及有机薄膜一并取出,放入腐蚀液中进行衬底腐蚀去除砷化镓衬底,再用盐酸或磷酸腐蚀液去除GaInP阻挡层,制得柔性外延层。本发明通过有机薄膜作为外延转移支撑衬底,利用有机粘结剂和真空热压辅助贴合工艺提高可靠性和成品率,能够使砷化镓外延产品实现减轻重量、减薄厚度,柔性可弯折、耐酸碱环境,具有更广泛的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,其属半导体技术领域。
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,砷化镓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;其他转移至柔性衬底的方法成品率低,耐腐蚀性差,厚度及重量难以更低。
CN201510291467.0公开了一种倒装高效柔性砷化镓太阳能电池及其制备方法,包括反置的外延层,其受光面位于上部,受光面上设有上电极,外延层的下方依次设有金属化层和铜钼铜柔性基板,铜钼铜柔性基板为铜钼铜三层复合材料,其热膨胀系数为(6~7)X10-6/℃,分别包括底层铜10~20微米,中间层钼10~20微米,顶层铜10~20微米;外延层在外延片中为倒置生长结构。
CN201510291455.8公开了一种高效柔性砷化镓太阳能电池,其中砷化镓电池外延片衬底的下方依次设有金属化层和铜钼铜柔性基板,所述衬底的厚度为70~110微米,所述铜钼铜柔性基板为铜钼铜三层复合材料,其热膨胀系数为(6~7)X10-6/℃,分别包括底层铜10~20微米,中间层钼10~20微米,顶层铜10~20微米。
上述专利技术方案是利用金银键合技术进行衬底转移,使用柔性衬底直接键合,存在成品率低,柔性衬底厚度大,重量高的问题;而选择铜钼铜结构衬底,厚度0.07mm,金属铜衬底耐腐蚀能力差。
由此,需要研究砷化镓转移衬底的具有厚度小及重量轻,柔性可弯折,且有良好导热及耐腐蚀性能的外延器件,以期提高砷化镓转移衬底外延产品的应用范围。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术存在的问题,提供一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,通过使用有机薄膜作为外延转移支撑衬底,利用有机粘结剂和真空热压辅助贴合工艺提高可靠性和成品率,能够使砷化镓外延产品实现减轻重量、减薄厚度,柔性可弯折、耐酸碱环境,具有更广泛的应用范围。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,其工艺步骤如下:
1)涂覆有机粘结剂
在有机柔性衬底和外延衬底上分别涂覆有机粘结剂;
其中,所述有机柔性衬底为有机薄膜;所述外延衬底为砷化镓衬底,所述砷化镓衬底与外延层之间加入GaInP阻挡层构成外延片,GaInP阻挡层厚度为50~500nm;
将上述涂有机粘结剂的外延片与有机薄膜对齐叠置,外面两侧分别放置石墨片并压紧;
2)紧密贴附
将上述被两块石墨片夹紧的外延片及有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧密贴附工艺,温度25~300℃,压力0.5~1.5MPa,时间0.1~1h,真空度1E-1~1E-4Pa,所述石墨片厚度0.3~2mm;
3)砷化镓衬底去除
将上述贴附完成的外延片及有机薄膜一并取出,在有机薄膜一面多层次贴膜进行保护和支撑,然后一并放入腐蚀液中进行衬底腐蚀,去除砷化镓衬底,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的盐酸或磷酸腐蚀液去除GaInP阻挡层,并用去离子水冲洗干净、吹干即可制得柔性外延层;
其中,腐蚀液组成配比:硫酸5%~15%,过氧化氢15%~25%,其余为去离子水。
所述有机柔性衬底和外延衬底上涂覆有机粘结剂涂覆工艺可采用旋涂,刮板涂覆,喷胶等工艺,所述有机粘结剂可以是硅基胶、环氧树脂化合物、BCB胶、聚酰亚胺胶、热塑塑料等其中一种。
所述有机薄膜为为PTFE、PI、PET等,厚度为≥0.01mm。
所述有机薄膜一面贴膜为蓝膜或UV膜。
本发明具有的优点和积极效果是:
1、本发明将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法由于使用有机薄膜作为转移支撑衬底,有机薄膜自身轻而薄并通过蓝膜或UV膜进一步保护与支撑,可以有效减轻外延器件重量,提高重量比功率,同时具有柔性功能;此外有机薄膜具有更好的耐酸碱及耐腐蚀性,对于在不同工作环境中保持外 延器件性能良好且有效作用。
2、本发明将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法由于采用有机胶粘的连接方法,在有机柔性衬底和外延衬底上分别涂覆有机粘结剂,并采用旋涂的工艺方式制备有机粘结剂层,易于实现厚度控制且均一性,砷化镓外延层转移至有机柔性衬底具有良好耐腐蚀性的连接方式,且制成砷化镓外延器件性能稳定。
3、本发明将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法由于采用了真空环境石墨片辅助贴附工艺,使外延片与有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧密贴附,有效改善贴合质量,减少气泡空洞,提高可靠性和成品率。
4、本发明将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法应用有机粘贴工艺转移砷化镓外延层至有机柔性衬底,可实现轻便化,柔性化的技术特点,具有良好导热及耐腐蚀性能的外延器件,可扩展Ⅲ-Ⅴ族外延产品的应用范围,广泛用于制作太阳能电池及LED的产品。
附图说明
图1为本发明所需外延片的结构示意图。
图2为本发明紧密贴附时的结构示意图。
图3为本发明外延转移后的结构示意图。
1、外延层;2、GaInP阻挡层;3、砷化镓衬底;4、有机粘结剂层;5、有机薄膜;6、石墨片
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
如图1、2、3所示,本发明一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法。
实施1:
1、涂覆有机粘结剂
为实现衬底转移工艺,需在有机柔性衬底和外延衬底上双侧或单侧涂覆有机粘结剂,在有机薄膜5和砷化镓衬底3分别涂覆有机粘结剂形成有机粘结剂层4。涂覆工艺可采用旋涂,刮板涂覆,喷胶等工艺方法。选用的有机粘结剂可以是硅基胶、环氧树脂化合物、BCB胶、聚酰亚胺胶、热塑塑料等。
所采用的外延片结构需要在砷化镓衬底3与外延层1之间加入GaInP阻挡层2,GaInP阻挡层2厚度为200nm。
所采用的有机薄膜5厚度为0.01mm,其材质可以为PTFE、PI、PET等耐酸碱、耐腐蚀的有机薄膜。
制作步骤如下:
1)将外延片、有机薄膜分别放入丙酮中超声清洗8分钟;
2)将清洗完成的外延片、有机薄膜分别放入涂胶机,均匀涂覆一层有机粘结剂,有机粘结剂厚度约在1500nm;
3)将涂完有机粘结剂的外延片、有机薄膜对齐叠置,外面两侧用石墨片6压紧备用,石墨片6厚度0.5mm。
2、紧密贴附
将上述被两块石墨片夹紧的外延片、有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧密贴附工艺,工艺参数温度25~300℃,压力0.5~1.5MPa,时间0.1~1h,真空度1E-1~4Pa。
3、砷化镓衬底去除
将上述贴附完成的外延片及有机薄膜一并取出,在有机薄膜一面贴上蓝膜或UV膜进行保护和支撑,贴膜次数为6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,腐蚀液组成配比:硫酸5%,过氧化 氢15%,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的盐酸及磷酸腐蚀液去除GaInP阻挡层,然后用去离子水冲洗干净,使用氮气枪吹干即可制得柔性外延层。
实施2:
1、涂覆有机粘结剂
为实现衬底转移工艺,需在有机柔性衬底和外延衬底上双侧或单侧涂覆有机粘结剂,在有机薄膜5和砷化镓衬底3分别涂覆有机粘结剂形成有机粘结剂层4。涂覆工艺可采用旋涂,刮板涂覆,喷胶等工艺方法。选用的有机粘结剂可以是硅基胶、环氧树脂化合物、BCB胶、聚酰亚胺胶、热塑塑料等。
所采用的外延片结构需要在砷化镓衬底3与外延层1之间加入GaInP阻挡层2,GaInP阻挡层2厚度为300nm。
所采用的有机薄膜厚度为0.02mm,其材质可以为PTFE、PI、PET等耐酸碱、耐腐蚀的有机薄膜。
制作步骤如下:
1)将外延片、有机薄膜分别放入丙酮中超声清洗9分钟;
2)将清洗完成的外延片、有机薄膜分别放入涂胶机,均匀涂覆一层有机粘结剂,有机粘结剂厚度约2500nm;
3)将涂完有机粘结剂的外延片、有机薄膜对齐叠置,外面两侧用石墨片压紧备用,石墨片厚度1.0mm。
2、紧密贴附
将上述被石墨片夹紧的外延片、有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧密贴附工艺,工艺参数温度25~300℃,压强0.5~1.5MPa,时间0.1~1h,真空度1E-1~4Pa。
3、砷化镓衬底去除
将上述贴附完成的外延片及有机薄膜一并取出,在有机薄膜一面贴上蓝膜或UV膜进行保护和支撑,贴膜次数为8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,腐蚀液组成配比:硫酸10%,过氧化氢20%,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1.5:1的盐酸及磷酸腐蚀液去除GaInP阻挡层,然后用去离子水冲洗干净,使用氮气枪吹干即可制得柔性外延层。
实施3:
1、涂覆有机粘结剂
为实现衬底转移工艺,需在有机柔性衬底和外延衬底上双侧或单侧涂覆有机粘结剂,在有机薄膜5和砷化镓衬底3分别涂覆有机粘结剂形成有机粘结剂层4。涂覆工艺可采用旋涂,刮板涂覆,喷胶等工艺方法,选用的有机粘结剂可以是硅基胶、环氧树脂化合物、BCB胶、聚酰亚胺胶、热塑塑料等。
所采用的外延片结构需要在砷化镓衬底3与外延层1之间加入GaInP阻挡层2,GaInP阻挡层2厚度为200nm。
所采用的有机薄膜厚度为0.03mm,其材质可以为PTFE、PI、PET等耐酸碱、耐腐蚀的有机薄膜。
制作步骤如下:
1)将外延片、有机薄膜分别放入丙酮中超声清洗10分钟;
2)将清洗完成的外延片、有机薄膜分别放入涂胶机,均匀涂覆一层有机粘结剂,有机粘结剂厚度约在3000nm;
3)将涂完有机粘结剂的外延片、有机薄膜对齐叠置,外面两侧用石墨片压紧备用,石墨片厚度1.5mm。
2、紧密贴附
将上述被石墨片夹紧的外延片、有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧 密贴附工艺,工艺参数温度25~300℃,压强0.5~1.5MPa,时间0.1~1h,真空度1E-1~4Pa。
3、砷化镓衬底去除
将上述贴附完成的外延片及有机薄膜一并取出,在有机薄膜一面贴上蓝膜或UV膜进行保护和支撑,贴膜次数为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,腐蚀液组成配比:硫酸15%,过氧化氢25%,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2:1的盐酸及磷酸腐蚀液去除GaInP阻挡层,然后用去离子水冲洗干净,使用氮气枪吹干即可制得柔性外延层。
以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,其工艺步骤如下:
1)涂覆有机粘结剂
在有机柔性衬底和外延衬底上分别涂覆有机粘结剂;
其中,所述有机柔性衬底为有机薄膜;所述外延衬底为砷化镓衬底,所述砷化镓衬底与外延层之间加入GaInP阻挡层构成外延片,GaInP阻挡层厚度为50~500nm;
将上述涂有机粘结剂的外延片与有机薄膜对齐叠置,外面两侧分别放置石墨片并压紧;
2)紧密贴附
将上述被两块石墨片夹紧的外延片及有机薄膜一起放入真空热压机中进行紧密贴附工艺,温度25~300℃,压力0.5~1.5MPa,时间0.1~1h,真空度1E-1~1E-4Pa,所述石墨片厚度0.3~2mm;
3)砷化镓衬底去除
将上述贴附完成的外延片及有机薄膜一并取出,在有机薄膜一面多层次贴膜进行保护和支撑,然后一并放入腐蚀液中进行衬底腐蚀,去除砷化镓衬底,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的盐酸或磷酸腐蚀液去除GaInP阻挡层,并用去离子水冲洗干净、吹干即可制得柔性外延层;
其中,腐蚀液组成配比:硫酸5%~15%,过氧化氢15%~25%,其余为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,其特征在于:所述有机柔性衬底和外延衬底上涂覆有机粘结剂涂覆可采用旋涂,刮板涂覆,喷胶等工艺,所述有机粘结剂可以是硅基胶、环氧树脂化合物、BCB胶、聚酰亚胺胶、热塑塑料等其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,其特征在于:所述有机薄膜PTFE、PI、PET等,厚度为≥0.01mm。
4.根据权利要求1所述的一种将砷化镓外延层转移至有机柔性衬底的方法,其特征在于:所述有机薄膜一面贴膜为蓝膜或UV膜。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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