[发明专利]一种对GaAs与Si进行低温金属键合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术中多结太阳能电池技术领域，特别是指一种对GaAs与Si进行低温金属键合的方法，通过键合实现任意电池的连接。

背景技术

利用多结、多能带或多能级结构是实现超高效率的太阳电池最现实的方法之一。与太阳光谱相匹配的多结太阳电池的单层材料的晶格常数相差比较大，采用键合技术实现高效多结电池成为未来电池发展得一种趋势。键合的实验方法简单；位错仅局域于界面，突破了晶向、晶格匹配等限制，最大限度地与太阳光谱匹配，实现高效率。美国加州理工大学在国际上率先将半导体键合技术应用于多结高效化合物太阳电池研究中，目前研究的中心是GaInP₂/GaAs和InGaAsP/InGaAs体系的直接键合。同时德国Fraunhofer研究所把直接键合集成技术和外延层转移技术应用在GaAs与Si缓冲衬底上，之后外延生长高效多结太阳电池。美国加州Anoex公司和加州理工大学等将InGaAs太阳电池制作在InP/Si衬底上，使得在Si衬底上生长超过4节的太阳能电池成为可能。目前键合的双结电池最好指标为美国加州理工大学的Tanabe等人报道的直接键合的GaAs/InGaAs双结电池(KTanabe，Anna Fontcuberta i Morral，Harry A.Atwater ane etc，Direct-bondedGaAs/InGaAs tandem solar cell，APPLIED PHYSICS LETTERS，89，102106，2006.)，其指标如下：电池效率(1 suns，AM1.5，25℃)为9.3％，电池面积为0.337cm²，填充因子为0.62。国内尚无相关键合电池效率的报导，国外目前尚没有金属键合实现多结太阳电池的报道。

对于半导体材料之间的直接键合，其键合界面处的半导体材料掺杂浓度和表面粗糙度都有极其严格的要求，否则键合质量不高，导致电池效率降低甚至假键合。而金属键合相对比较简单，只需在原来的电池材料键合面分别蒸镀合适厚度的金属就可很容易键合上，界面质量很好且键合面积大、成功率高。采用合理设计的有一定图形结构的金属键合，可以影响键合界面两侧半导体材料的势垒和电导，减少金属对光的吸收，避免了生长隧道结的复杂性，不会造成明显的电压损失和太大的电流损失。

对于金属键合很容易实现低温键合，键合后的晶片可以耐住所有的半导体工艺如高温煮沸、腐蚀、减薄等。目前国际上低温键合的成功范例很多，如童勤义等人利用等离子体处理晶片表面后，在200度获得界面键合能高于体InP材料键合能的键合晶片；加州大学的Mages等人也是先经过低温热处理后再进行高温键合；国内曾有过赵洪泉等人的低温键合技术。不过前两者对实验仪器和条件要求都很高，而第三者虽然对实验仪器条件要求不高，但是键合时间很长，键合过程中对操作人员的要求很高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对GaAs与Si进行低温金属键合的方法，以实现GaAs与Si的低温金属键合。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对GaAs与Si进行低温金属键合的方法，该方法包括：

清洗单面抛光的GaAs外延片，去除表面的有机物；

对该GaAs外延片进行光刻腐蚀，得到带窄条的GaAs外延片；

在该GaAs外延片上蒸镀金属层；

采用剥离方法去胶，得到一定厚度的金属条；

清洗Si外延片，去除表面的有机物；

采用H₂SO₄溶液及RCA1溶液对Si外延片表面进行处理，将清洗干净的Si外延片与GaAs外延片进行贴合，得到贴合后的晶片；

将该贴合后的晶片对置于真空键合机内进行键合，并进行热处理，以驱除键合界面的水气；以及

对键合后的晶片进行减薄，并腐蚀掉键合晶片的GaAs衬底。

上述方案中，所述清洗单面抛光的GaAs外延片，去除表面的有机物的步骤，包括：将单面抛光的GaAs外延片用有机溶剂清洗，去除表面的有机物，再用等离子水冲洗至少5分钟。

上述方案中，所述清洗Si外延片，去除表面的有机物的步骤，包括：将Si外延片用有机溶剂清洗，去除表面的有机物，再用等离子水冲洗至少5分钟。

上述方案中，所述GaAs外延片包括：

一n型GaAs衬底16；

一n型GaAs缓冲层17；

一p型GaAs层18，该p型层18制作在n型GaAs缓冲层17上；